Spiegazione della stampa 3D volumetrica in resina

Esistono diverse tecniche di stampa 3D adatte alla produzione di massa. Una di queste tecniche è la stampa 3D in resina continua, coperta qui. Un altro metodo, piuttosto nuovo, è la stampa 3D volumetrica. In questo articolo ci concentriamo sulla tecnologia alla base della stampa 3D volumetrica in resina, sui suoi vantaggi e svantaggi, sulle resine compatibili e sulle aziende attive in questo campo.

Che cos'è la stampa 3D volumetrica in resina?

3DAdept pubblicato un articolo interessante e lo ha spiegato come segue: “La stampa 3D volumetrica è piuttosto complessa da definire. In questo processo, un modello viene proiettato ripetutamente in una vasca di liquido fotopolimero trasparente da tutte le angolazioni. Questa tecnologia a base di resina viene spesso paragonata alla stampa SLA. Tuttavia, ciò che lo rende eccezionale è il fatto che, anziché indurire la resina proiettando un'immagine 2D dello strato corrente nel contenitore, la stampa 3D volumetrica utilizza diverse sorgenti luminose per creare punti di intersezione all'interno del liquido. Inoltre, mentre le stampanti 3D a base di resina non possono resistere all'ossigeno, quest'ultimo può essere utilizzato come additivo nella stampa 3D volumetrica poiché l'operatore deve rallentare la solidificazione, poiché i modelli di luce devono passare liberamente attraverso la resina per una certa distanza.

Riassumendo, un serbatoio riempito di resina fotopolimerica viene esposto a una fonte di luce e l'oggetto verrà stampato immediatamente, invece che strato dopo strato. Il metodo di come esporre la resina alla luce, è brevettato da diverse aziende utilizzando diverse tecniche.

Stampa 3D volumetrica in resina di Readily3D.

Ricercatori dell'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne e fondatori di Prontamente3D spiegare come è iniziato il progetto: “Durante il nostro dottorato di ricerca studi, abbiamo discusso in più occasioni di nuovi concetti per la fotopolimerizzazione che prevedeva la sagomatura delle travi in ​​3D per creare la parte desiderata. Il progetto è decollato quando, nel 2017, abbiamo deciso di testare sperimentalmente se potevamo realizzare un oggetto 3D illuminando una resina fotosensibile da più angolazioni. Questa era la base per la stampa tomografica. Questi esperimenti iniziali hanno avuto un successo sorprendente e ci siamo resi conto che eravamo su qualcosa".

Immagine di Readily3D: vista schematica della loro stampante 3D volumetrica.

Secondo Prontamente3D, la stampa 3D tomografica solidifica rapidamente le resine fotosensibili in tre dimensioni. Utilizzando fasci di luce sagomati da più angolazioni. Poiché l'intero volume di costruzione viene illuminato contemporaneamente, le parti in scala centimetrica vengono prodotte in pochi secondi. Dopo la stampa, l'oggetto viene separato dall'inchiostro non polimerizzato e raccolto.

Video di Readily3D: stampa 3D volumetrica dal vivo registrata nel 2018.

Stampa 3D volumetrica in resina di Xolo.

La tecnologia dietro Xolo3D è diverso rispetto a Readily3D. La loro tecnologia è spiegata nelle pubblicazioni in Natura: “Xolografia per la stampa 3D volumetrica lineare – Nature 588 (2020) 620, DOI: 10.1038/s41586-020-3029-7”.

Immagine di Xolo: la tecnologia alla base della stampante 3D volumetrica in resina Xolography.

La loro invenzione si basa su molecole fotocommutabili. Queste molecole commutano solo all'intersezione (xolografia) di raggi luminosi di due diversi colori consentono una polimerizzazione precisa del materiale di partenza nell'intero volume. In combinazione con un nuovo processo di stampa basato su un foglio luminoso generato dal laser e immagini in sezione trasversale proiettate, gli oggetti desiderati vengono generati da modelli 3D virtuali.

Video di Xolo3D: esposizione di un cubo di resina fotosensibile con due diverse sorgenti luminose per polimerizzare la parte finale contemporaneamente.

Potenziali vantaggi della stampa 3D in resina volumetrica.

Secondo teorie e fonti, ci sono diversi vantaggi nella stampa 3D volumetrica in resina. Il vantaggio principale è l'elevata velocità di stampa. Che è più alto perché una stampante 3D volumetrica espone la parte completa in una volta invece di strati di 0,1 mm. Inoltre non sono necessari supporti in quanto le parti stampate “fluttuano” nella resina. Un terzo vantaggio è l'assenza di forze meccaniche tra la parte e l'hardware. Sulle normali stampanti 3D, la parte viene staccata dal fondo del serbatoio della resina, che non è presente nelle stampanti 3D volumetriche.

Potenziali svantaggi della stampa 3D volumetrica in resina.

Poiché la stampa 3D volumetrica non è ancora diffusa, è difficile individuare gli effettivi svantaggi di questa tecnica. I punti focali potrebbero essere l'accuratezza delle parti, la disponibilità dei materiali e la trasparenza richiesta della resina fotopolimerica. Alcuni di questi potenziali svantaggi dovrebbero essere risolti quando questa tecnologia decollerà.

Resina compatibile con la stampa 3D volumetrica.

Leggendo la documentazione, le pubblicazioni e i brevetti delle aziende che lavorano nella stampa 3D volumetrica, la chimica a base di acrilato è ben accetta per queste stampanti. Ma la maggior parte dei materiali richiede uno specifico composto fotosensibile per reagire su due diverse sorgenti luminose (Xolo3D) o sorgenti luminose da diverse angolazioni (Readily3D). Inoltre in entrambi i casi viene riportato che le resine devono essere trasparenti. Soprattutto i requisiti di reattività specifici rendono difficile prendere qualsiasi resina e usarla. Si prevede che ci saranno più opzioni materiali nei prossimi anni quando la tecnologia diventerà mainstream.