La stampante 3D appena acquisita potenzia la ricerca avanzata sulla ceramica della Penn State

Chad Eichfeld, a sinistra, professore di ricerca associato e direttore delle operazioni del Nanofabrication Lab, e Amira Meddeb, professoressa di ricerca, caratterizzazioni elettriche, nel Nanofabrication Lab con la stampante 3D Lithoz CeraFab Lab. Credito: Jamie Oberdick. Tutti i diritti riservati.

27 giugno 2023

Di Jamie Oberdick

UNIVERSITY PARK, Pennsylvania – Una stampante 3D per ceramica installata di recente offre ai ricercatori dei materiali della Penn State funzionalità avanzate per produrre facilmente parti in ceramica ad alta risoluzione e altre ceramiche innovative per la ricerca sui materiali all’avanguardia a un costo inferiore rispetto a quello di approvvigionamento.

Mentre molti hanno familiarità con la ceramica come arte o con oggetti domestici come tazze da caffè, la ceramica ha applicazioni meno conosciute che vanno dallo stoccaggio di energia tramite batterie allo stato solido ai dispositivi ferroelettrici e piezoelettrici come i sensori di calore. I ricercatori del Materials Research Institute (MRI) della Penn State hanno affermato di considerare la stampante 3D Lithoz CeraFab Lab come uno strumento necessario per promuovere ulteriormente la ricerca relativa ai materiali in tutta l’università.

"Questo farà parte di una struttura utente qui alla Penn State, nel Nanofabrication Lab", ha affermato Amira Meddeb, professoressa di ricerca associata in MRI. "Il motivo principale per cui l'abbiamo acquisito è quello di consentire maggiori capacità non solo per la comunità della Penn State ma anche per la nostra estesa comunità di utenti con cui collaboriamo, compresi altri istituti di istruzione superiore e l'industria."

Abilitare questa produzione consente inoltre alla MRI di creare strumenti scientifici personalizzati per altri ricercatori della Penn State, che normalmente sono costosi e difficili da reperire.

"La stampante ci consente di produrre parti personalizzate e complesse che solitamente sono costose e hanno tempi di consegna lunghi, come crogioli e microreattori progettati su misura", ha affermato Meddeb.

La stampante a base di resina utilizza la tecnologia di elaborazione della luce digitale, una tecnica che utilizza la luce per polimerizzare le resine liquide fotosensibili trasformandole in solidi duri. Ciò consente la produzione interna di parti ad alta risoluzione e ceramiche a piena densità paragonabili per proprietà e microstruttura alle ceramiche realizzate con metodi di produzione tradizionali.

Una piccola stampa di prova del Santuario dei Leoni e dello Stadio dei Beaver, di dimensioni poco più di un pollice per un pollice, dimostra il livello di dettaglio che la stampante 3D in ceramica è in grado di produrre. Credito: Jamie Oberdick. Tutti i diritti riservati.

"La ceramica è estremamente difficile da produrre tradizionalmente per una serie di motivi, soprattutto perché sono così duri quando sono finiti e sinterizzati che sono molto difficili da lavorare", ha affermato Shawn Allan, vicepresidente di Lithoz America LLC. “Inoltre, possono essere delicati prima di essere sinterizzati, quindi in quello stato sono anche difficili da fissare e lavorare. A differenza di questa stampante, puoi realizzare molto più facilmente più iterazioni di una parte con geometrie e dimensioni diverse e ottenere la parte effettiva di cui hai bisogno.

La stampante può stampare un'ampia varietà di materiali ceramici. Offre la possibilità di cambiare facilmente i materiali per diversi progetti ed è relativamente semplice da imparare a usare, soprattutto per chi ha un background tradizionale nella lavorazione della ceramica. La stampante completa l’offerta di ricerca fornita da MRI, secondo Chad Eichfeld, professore di ricerca associato e direttore delle operazioni nel Nanofabrication Lab.

“Possiamo lavorare con i ricercatori per realizzare la progettazione del materiale, la stampa 3D del materiale, [e] puoi anche fare la caratterizzazione qui”, ha detto Eichfeld. "Avere tutto questo insieme consente di eseguire effettivamente le rapide iterazioni della produzione ceramica necessarie per il successo dei nostri ricercatori."

Oltre ai vantaggi per la ricerca, Eichfeld ha osservato che la nuova stampante ha un grande potenziale per l'educazione sui materiali alla Penn State.

"Penn State è un istituto educativo pratico", ha detto Eichfeld. “In altre università, uno studente potrebbe affidare parte dell'elaborazione eseguita nel laboratorio di Amira e nel mio a un tecnico, e lui farebbe il lavoro per te. Ma siamo tutti coinvolti. Questo è potente, dato che i nostri studenti laureati e persino alcuni studenti universitari stanno facendo esperienza pratica con la tecnologia all'avanguardia qui. Quell’esperienza sarà davvero gratificante per loro all’inizio della loro carriera”.