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Kapton della stampa di Virginia Tech Researchers 3D facendo uso di scrittura diretta dell'inchiostro

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L'anno scorso, un gruppo di ricercatori di Virginia Tech ha messo a punto un metodo per il Kapton di stampa 3D, un polyimide del tipo di stagnola che possiede termico eccellente e la stabilità chimica e quindi è comunemente usata nell'isolamento per le applicazioni aerospaziali. Inoltre funge da isolante elettrico ed è resistente a radiazione ultravioletta. Non si dissolve in solventi ed ha una temperatura di degradazione circa di 550°C.

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«(Kapton) può resistere a tutti i tipi di insulti ambientali duri: radiazione, temperatura elevata, reagenti chimici,» ha detto Timothy Long, un professore di chimica ed il direttore dell'istituto dell'innovazione delle macromolecole di Virginia Tech (MII). «È una di queste molecole che è l'ultimo in termini di prestazione.»

Prima dello studio dell'anno scorso, il Kapton era soltanto disponibile in strati bidimensionali sottili, come il nastro o «la stagnola di oro» che avvolge i satelliti per isolarle, ma i ricercatori poi hanno capito come alla stampa 3D il materiale facendo uso di SLA. Ora hanno messo a punto un secondo metodo per il Kapton di stampa 3D: scrittura diretta dell'inchiostro, o DIW. Hanno dettagliato la loro ricerca in una carta recente intitolata «inchiostro diretto Ultravioletto-assistito scrivono additivo per fabbricare Polyimides Tutto aromatico. «

«Se pensate a calafataggio della vasca o a decorare un dolce con glassa, (DIW è) un processo molto simile,» ha detto Daniel Rau, uno dei co-author e di uno studente di Ph.D. nella progettazione, nella ricerca e nell'istruzione per il laboratorio additivo dei sistemi di fabbricazione (SOGNI) nel dipartimento di ingegnere meccanico. «Poiché è così semplice, (DIW) ci dà la flessibilità incredibile sull'inchiostro, sulla sintesi e sulle proprietà che ha.»

Dopo che 3D che stampa il materiale facendo uso della scrittura diretta dell'inchiostro, le parti stampate ha avuto simili proprietà al film disponibile nel commercio del Kapton. Hanno avute simili proprietà meccaniche fino a 400°C e la loro temperatura di degradazione era 534°C. secondo Rau, mentre SLA è migliore per 3D che stampa gli interi oggetti, scrittura diretta dell'inchiostro è migliore per 3D che stampa parallelamente i materiali differenti.

«Tutti processi di fabbricazione additivi differenti sono come gli strumenti differenti nell'officina,» Rau ha detto. «Avete martelli e che ha sue forze. Avete seghe e che ha sue forze.»

Oltre a stampa del multi-materiale 3D, i ricercatori possono anche ora stampare il Kapton direttamente su un materiale attuale facendo uso di scrittura diretta dell'inchiostro, hanno detto Christopher Williams, direttore del laboratorio di SOGNI e un direttore associato di MII. Possono anche stampare il materiale sulle superfici curve.

«Non appena potevamo stampare il Kapton, la gente ci ha chiesto che circa le applicazioni,» Williams ha detto. «La risposta che abbiamo dato spesso era elettronica stampata, ma quella sta sfidando per fare in stereolitografia. Questa nuova tecnica potrebbe realmente permettere a che come guardiamo verso stampa simultanea dei materiali conduttivi e di questo isolante eccellente.»

Nello studio dell'anno scorso su stampa di SLA 3D, Jana Herzberger, uno studente postdottorale nel gruppo lungo, ha creato un polimero del precursore al Kapton nella forma liquida. Il liquido non funzionerebbe per inchiostro diretto che scrive perché non avrebbe tenuto la sua forma dopo l'estrusione. Invece, Herzberger ha creato una resina con una consistenza simile a burro di arachidi.

«Quando il Dott. Williams ci ha sfidati a modificare la resina per l'inchiostro diretto scriva il processo, interamente abbiamo pensato che fosse piuttosto diretto,» Herzberger ha detto. «È risultato che l'itinerario “facile” non ha funzionato ed abbiamo dovuto apportare alcune modifiche alla resina originale. Spesso periodi, ho sintetizzato una resina ed ho studiato le sue proprietà reologiche [la reologia è lo studio di come flussi di un aspetto o movimenti in presenza di deformazione] e Danny esaminato se eseguisse nella stampante abbiamo predetto. Era una nuova esperienza affinchè me lavori con gli ingegneri e penso che abbiamo imparato molto l'uno dall'altro ed abbiamo migliorato le nostre abilità di comunicazione abbastanza un pezzo.»

Herzberger e Rau entrambi hanno lavorato a trovare il giusto equilibrio di un inchiostro che potrebbe sintetizzare e potrebbe stampare.

«Entrambi abbiamo dovuto incontrarci nel mezzo e fare le concessioni e comunicare,» Rau ha detto. «Questa era una grande associazione — un processo iterativo — per rendere questo inchiostro stampabile. Nessuni di noi hanno avuti la conoscenza da andare dalla creazione materiale al divisorio finale»

I gruppi di Williams e lunghi hanno lavorato molto attentamente insieme pure per creare il nuovo metodo.

«Il mio gruppo prepara le macromolecole ed il gruppo di Chris le mette nelle forme geometriche uniche,» Long ha detto. «È quasi come un gruppo che lavora insieme per risolvere le domande realmente complesse come questo.»