La nuova sala da concerto di Amburgo è stata aperta alla fine dell'anno scorso per acclamare i critici dell'architettura di tutto il mondo. La struttura impennata ha una facciata di circa 2.000 pannelli di vetro piatti e curvi, che danno l'impressione di un'onda che sta per spezzarsi. Ma il progetto era in ritardo di sei anni e centinaia di milioni di euro in più rispetto al budget, con una parte del sovradosaggio dovuto all'antica tecnica di stampaggio che richiede tempo per curvare i pannelli di vetro.
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E se i pannelli di vetro fossero stati semplicemente stampati con una stampante 3D?
Fino ad ora, questo non sarebbe stato affatto possibile. I materiali di stampa 3D più comunemente usati sono i polimeri e esistono tecniche per la stampa di metalli, ceramiche, cemento, farmaci e anche alimenti. Ma il vetro è stato quasi assente dall'equazione.
"Il vetro è uno dei materiali più antichi utilizzati dall'umanità ed è sorprendente vedere la rivoluzione della stampa 3D del 21 ° secolo fino ad ora ignorare il vetro", afferma Bastian Rapp, ricercatore presso l'Istituto tedesco di tecnologia di Karlsruhe.
Il team di Rapp ha messo a punto una nuova tecnica per la stampa 3D di vetri, in grado di produrre oggetti in vetro resistenti e trasparenti. La tecnica utilizza un metodo tradizionale di stampa 3D chiamato stereolitografia. Nella stereolitografia, la stampante costruisce l'oggetto strato per strato usando un liquido - tradizionalmente un polimero - che si indurisce quando viene toccato da una luce laser. Il team di Rapp ha capito come farlo usando il vetro in polvere sospeso in un polimero liquido. Una volta stampato, l'oggetto viene inserito in un forno ad alta temperatura, che brucia il polimero e fonde le particelle di vetro, lasciando solo vetro indurito.
Il vetro stampato ha un'elevata resistenza agli shock termici, come dimostrato qui, quando il vetro di silice fuso è esposto a una fiamma di 800 gradi Celsius. (NeptunLab / KIT) Sebbene la tecnica di Rapp non sia il primo esempio di vetro per stampa 3D - i ricercatori del MIT hanno sviluppato un metodo per estrudere il vetro fuso due anni fa, mentre altri team hanno utilizzato tecniche a bassa temperatura che producono un prodotto debole e torbido - è il primo a stampare vetro trasparente a basse temperature. È anche il primo a sfruttare le normali stampanti 3D stereolitografiche standardizzate, il che significa che può essere utilizzato senza attrezzature speciali.
Il vetro ha una serie di proprietà uniche che lo rendono desiderabile come materiale stampato in 3D, afferma Rapp.
"Non c'è quasi nessun materiale che può essere esposto a temperature così elevate come il vetro può essere esposto", afferma. "E non esiste quasi alcun prodotto chimico in grado di attaccare il vetro, mentre i polimeri possono essere degradati dalla luce UV e dai solventi organici."
Il team ha stampato questa pretzel in vetro tridimensionale. (NeptunLab / KIT) Il vetro ha anche una trasparenza ineguagliata da altri materiali. La luce non passa altrettanto bene anche attraverso le materie plastiche più chiare, motivo per cui le case hanno finestre di vetro, nonostante la loro rottura. Le lenti per fotocamere di alta qualità sono sempre di vetro per questo motivo, afferma Rapp, mentre le lenti degli smartphone sono di solito in plastica.
"Ecco perché la qualità della foto scattata con uno smartphone all'avanguardia rispetto a una fotocamera è sempre inferiore", afferma Rapp.
La nuova tecnica potrebbe essere utilizzata per stampare quasi tutto, dice Rapp. Potrebbe essere utilizzato per oggetti piccoli e intricati come gioielli, lenti o parti di computer o per oggetti di grandi dimensioni come finestre. L'unica variabile è la stampante stessa.
Ecco una struttura tridimensionale di una porta del castello stampata in vetro di silice fuso. (NeptunLab / KIT) La tecnica di stampa 3D presenta vantaggi rispetto ai metodi non di stampa per la realizzazione di piccoli modelli di vetro in quanto non richiede l'attacco chimico, che utilizza acido fluoridrico pericoloso e che può avere cavità e canali chiusi, cosa impossibile nel vetro tradizionale -blowing. E potenzialmente ha anche un vantaggio in termini di velocità rispetto ai metodi non di stampa per la produzione di vetro.
Per le loro ricerche, il team di Rapp ha utilizzato una stampante economica e non modificata di un tipo che poteva essere acquistata da qualsiasi appassionato di casa.
"È una piattaforma tecnologica consolidata in termini di macchinari ed è un materiale ben noto e noto", afferma Rapp. "L'unica cosa che abbiamo fatto è stato il ponte in mezzo."
La ricerca del team è stata pubblicata questo mese sulla rivista Nature .
Rapp ha creato un'azienda per commercializzare la tecnica. Spera di avere un primo prodotto sul mercato entro la fine dell'anno.
