T.J.K. Buchner et al., Nature 623, 522-530 (2023)
Ricreare le funzioni complesse degli organismi naturali in forma sintetica è un obiettivo che da tempo si cerca di raggiungere. L’intento è realizzare sistemi attuati con elevate risoluzioni spaziali e composti da materiali eterogenei. I processi di produzione tradizionali fanno tuttavia una certa fatica a elaborare apparati così complessi. Per questo motivo, le tecnologie di manifattura additiva cercano di offrire sistemi funzionali rapidi e automatici, con un’ampia gamma di proprietà elastiche, risoluzioni e canali di attuazione e rilevamento integrati.
I sistemi di stampa 3D a getto d’inchiostro utilizzano migliaia di ugelli per depositare minuscole goccioline di resina che vengono successivamente levigate con un rullo per mantenerle in piano e poi polimerizzate con luce UV. Il processo di levigatura può tuttavia schiacciare e deformare le resine che polimerizzano lentamente, limitando così i tipi di materiali che possono essere impiegati in questo processo.
I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e il loro collaboratori hanno sviluppato un nuovo sistema di stampa 3D a getto d’inchiostro in grado di funzionare con una gamma molto più ampia di materiali. La stampante ideata utilizza la visione artificiale per scansionare automaticamente la superficie di stampa e regolare la quantità di resina depositata da ciascun ugello in tempo reale con un ciclo di feedback attivo per garantire che nessuna area abbia troppo o troppo poco materiale.
Il nuovo sistema utilizza quattro fotocamere e due laser che scansionano rapidamente e continuamente la superficie di stampa. Queste telecamere catturano immagini mentre gli ugelli depositano minuscole goccioline di resina. Il sistema di visione artificiale converte le immagini in una mappa di profondità ad alta risoluzione, un calcolo che richiede meno di un secondo. Quindi confronta la mappa di profondità con il modello CAD originale e regola la quantità di resina da depositare successivamente per mantenere l’oggetto in linea con la forma e le caratteristiche della struttura finale.
Non avendo un approccio meccanico per levigare la resina, questo sistema consente di utilizzare materiali che polimerizzano più gradualmente rispetto agli acrilati tradizionalmente usati nella stampa 3D. Ciò permette di ottenere prestazioni migliori, come maggiore elasticità e longevità. Inoltre, il sistema automatico può apportare modifiche senza interrompere e rallentare il processo di stampa, rendendo la stampante circa 660 volte più veloce di un sistema standard a getto d’inchiostro. I ricercatori hanno utilizzato questa stampante per creare diversi dispositivi robotici complessi che combinano vari materiali che altrimenti sarebbero quasi impossibili da produrre con i comuni sistemi di stampa 3D. Per esempio, hanno realizzato una pinza robotica completamente stampata in 3D, a forma di mano umana e controllata da 19 tendini azionabili in modo indipendente, con dita molto flessibili dotate di sensori e ossa rigide e portanti (Figura 1).
Il processo messo a punto dai ricercatori ha dunque la possibilità di ampliare notevolmente la gamma di materiali che una stampante 3D può utilizzare, consentendole di fabbricare oggetti molto più articolati e complessi.
