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Nanobolle e stampa di oggetti

27 Marzo 2012

Carnevale della Fisica di marzo: anch’io partecipo con questo post-intervista sulle ultime novità della Technische Universität di Vienna

Nanostampa veloce quanto... una formula IndyLa stampa di oggetti per somma di componenti (AMT, addictive manufacturing technology) propone svariati approcci. In buona sostanza si tratta di far aderire stabilmente particelle di materiale pulviscolare o fluido. L’adesione può essere tramite collante, per raffreddamento o a pressione. La fisica retrostante è principalmente la fluidodinamica, ma non sempre: per fare un esempio la Matrix 300 incolla fogli di carta per creare oggetti robusti (per altri materiali visitate Cloudscene cliccando sul riquadro in basso, Pearltree, su 3Dprint -> Materials), mentre Enrico Dini ci stampa le case! Tutto il settore delle stampanti 3D hobbistiche, invece, stampa sovrapponendo tra loro microscopici straterelli di materiale che in realtà sono… bolle! Bolle oblunghe, bolle irregolari, bolle filamentose, ma sempre bolle di materiale scaldate a 200° che si assommano tra di loro, s’inseguono, si sfilacciano, s’innestano, nel formare la struttura che macroscopicamente è un solido pieno.

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E non ci sono solo le bolle di plastica: la struttura stampata con stereolitografia è a nido d’ape, quindi una griglia tridimensionale che cattura… bolle d’aria! Bolle triangolari, bolle cubiche, bolle a icosaedro, forse. Bolle ingabbiate, con piccoli spazi tra loro, ciascuna con il suo ruolo: creare oggetti. Tra i 3D-makers mondiali ha recentemente avuto grande popolarità Alessandro Ranellucci, sviluppatore del programma Slic3r che accelera e rende più preciso il controllo delle stampanti 3D hobbistiche. Con Alessandro sto sviluppando il secondo RepRap Day, a Roma a fine settembre, come l’anno scorso nell’ambito del Nanoforum.
Queste stampanti lavorano comunque nel campo del micrometro. Quelle professionali usano congegni diversi, fasci laser per scegliere il punto di fusione, che -visto l’impiego di luce collimata- ha una risoluzione nel campo dei nanometri.

Mi piacciono le nanotecnologie, la nanoelettronica dei chip (siamo nel nanomondo) e la nanomeccanica dei Mems (sfiorando le nanodimensioni). Sono oltre dieci anni che vedo Mems (micro-electrical mechanical systems) in produzione ma senza uscire dai propri confini di origine. E chissà che ne sarà delle bolle magnetiche della Spintronica del nobel Albert Fert, con il quale ebbi modo di conversare qualche anno fa.

Arriva la 2PP
Ecco perché è bello vedere l’avanzamento della stampa di oggetti nel nanomondo. Alcune settimane fa si è diffusa l’innovazione in questo campo dell’Università di Vienna, che ha mostrato con ricchissimi dettagli il suo sistema di stampa nanometrica con litografia a due fasci e la two-photon polimerization o 2PP. La precisione di questo approccio libera dal vincolo della composizione per strati successivi: la two-photon lithography, allo studio da parte dei colossi dei chip. Di fatto la precisione del doppio raggio polimerizza bolle all’interno del materiale di stampa, solidificandone la parte che interessa: un po’ come gli scultori dicono che il loro capolavoro era già dentro la pietra prima che venise scolpito.

Due parole con Torgensen
Al di là della poesia, l’innovazione della TU di Vienna è sostanziale. “Se finora questa tecnica andava a millimetri al secondo, noi possiamo stampare 5 metri in un secondo”, ha detto il professor Jürgen Stampfl dell’Institute of Materials Science and Technology alla TU di Vienna. Ho scambiato qualche parola con il dottorando Jan Torgersen, che ha co-sviluppato il sistema. “Le immagini mostrano oggetti grandi svariati micrometri, ma questa tecnologia può andare ben sotto i 100 nm: sono già stati realizzati oggetti da 65 nm“.
Ci stampate Mems? “Esistono diversi materiali per la 2PP che già vengono usati per questo scopo; lo stesso materiale che usiamo noi dovrebbe essere funzionale“.
Pensate di svilupparci i chip del futuro? “Un progetto prevede la fabbricazione di guide d’onda su matrici esistenti, una tecnica di grandi possibilità 3D e con la quale è possibile inserire oggetti, per cui è straordinariamente promettente proprio per questo scopo“.

Riflessioni sul ricambio tecnologico

Fullerene al collo: stampa 3D della sezione della base dei nanotubiPenso che la tecnologia del microprocessore abbia fatto il suo tempo (disclaimer: ho scritto un libro sulla storia completa del microprocessore e ne ho pubblicata la prima parte, From Dust to the Nanoage). Per fare un parallelo possiamo vedere cosa ne è stato della tecnologia dell’automobile, che va avanti a dispetto della sua evidente inadeguatezza sociale. Quand’anche fosse arrivata alla fine, la micro e nanoelettronica ha creato una massa critica la cui inerzia continuerà a muoveri nel nostro spaziotempo.
Io però immagino che a breve troveremo un modo diverso di fare dispositivi sensati e di usarli. Nella mia testa dobbiamo a Newton il passaggio dalle scienze dell’uomo alle scienze fuori dall’uomo, e forse la nanotecnologia riporterà sulla Terra le ricerche su cibi, medicamenti e soluzioni per tutti, senza bolle di oblìo che sfavoriscano gruppi o aree deboli.

Questo post partecipa al Carnevale della Fisica, edizione di marzo 2012 ospitata dal blog La curva dell’energia di legame di Marco Casolino.

Immagini
Nanostampa veloce quanto… una formula Indy!
Fullerene al collo: stampa 3D della sezione della base dei nanotubi

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