Η 3D εκτύπωση έχει αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο κατασκευάζονται αντικείμενα — από πρωτότυπα εξαρτήματα και κοσμήματα μέχρι κτίρια και τεχνητά όργανα. Όμως, μια νέα μελέτη από την École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) στην Ελβετία δείχνει ότι αυτή η τεχνολογία μπορεί να φτάσει σε ένα εντελώς νέο επίπεδο: μεταλλικές δομές 20 φορές πιο ανθεκτικές από εκείνες που κατασκευάζονται με παραδοσιακές μεθόδους.
Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Advanced Materials, αξιοποιεί μια τεχνική γνωστή ως φωτοπολυμεροποίηση δεξαμενής (vat photopolymerization). Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιεί φωτοευαίσθητη ρητίνη, η οποία στερεοποιείται όταν εκτεθεί σε φως λέιζερ ή υπεριώδη ακτινοβολία, επιτρέποντας την κατασκευή πολύπλοκων και λεπτομερών σχημάτων. Ωστόσο, μέχρι σήμερα, η χρήση της για την παραγωγή μετάλλων ήταν περιορισμένη, καθώς τα αποτελέσματα έδιναν πορώδεις και εύθραυστες δομές που υφίσταντο συρρίκνωση και παραμόρφωση.
Η ομάδα του EPFL βρήκε έναν τρόπο να ξεπεράσει αυτά τα εμπόδια, «καλλιεργώντας» το μέταλλο πάνω σε πλέγμα υδρογέλης — μιας μαλακής, πορώδους δομής που λειτουργεί σαν «καλούπι». Πρώτα, οι ερευνητές εκτυπώνουν ένα τρισδιάστατο πλέγμα υδρογέλης με τη μέθοδο της φωτοπολυμεροποίησης. Στη συνέχεια, το εμποτίζουν με άλατα μετάλλου, επιτρέποντας σε νανοσωματίδια να εισχωρήσουν ομοιόμορφα στη δομή.
Αυτό το στάδιο επαναλαμβάνεται πέντε έως δέκα φορές, αυξάνοντας την περιεκτικότητα του πλέγματος σε μέταλλο. Τελικά, η υδρογέλη αφαιρείται μέσω θέρμανσης, αφήνοντας πίσω μια πυκνή, στιβαρή μεταλλική δομή, εξαιρετικά ανθεκτική και με ελάχιστη παραμόρφωση.
Ο Daryl Yee, ανώτερος συγγραφέας της μελέτης, εξηγεί: «Η δουλειά μας δεν επιτρέπει μόνο την κατασκευή μετάλλων και κεραμικών υψηλής ποιότητας με μια προσιτή και χαμηλού κόστους μέθοδο 3D εκτύπωσης. Παράλληλα, εισάγει ένα νέο παράδειγμα στη βιομηχανική παραγωγή, όπου η επιλογή του υλικού γίνεται μετά την εκτύπωση – όχι πριν».
Η νέα διαδικασία, σύμφωνα με τους επιστήμονες, βελτιώνει σημαντικά την πυκνότητα και τη μηχανική αντοχή του τελικού μετάλλου, μειώνοντας παράλληλα το φαινόμενο της συρρίκνωσης που συχνά καθιστά τα 3D-εκτυπωμένα μεταλλικά αντικείμενα ασταθή. Το αποτέλεσμα είναι συμπαγείς, ελαφριές και εξαιρετικά ανθεκτικές κατασκευές, ιδανικές για αεροναυπηγική, βιομηχανία υψηλής ακρίβειας και ενεργειακές εφαρμογές.
Η μοναδική πρόκληση που απομένει είναι ο χρόνος: η επαναλαμβανόμενη διαδικασία εμποτισμού με μεταλλικά άλατα καθιστά τη μέθοδο πιο αργή σε σχέση με άλλες μορφές προσθετικής κατασκευής (additive manufacturing). Ωστόσο, η ομάδα εργάζεται ήδη για την αυτοματοποίηση του κύκλου με τη βοήθεια ρομπότ, μειώνοντας δραστικά τη διάρκεια παραγωγής.
Αν οι δοκιμές αποδειχθούν επιτυχείς, η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να σηματοδοτήσει μια νέα εποχή στη μεταλλουργία και την 3D εκτύπωση, συνδυάζοντας την ακρίβεια του φωτός, τη βιομιμητική των υδρογελών και την ανθεκτικότητα του μετάλλου — ένα εντυπωσιακό παράδειγμα του πώς η επιστήμη αναδιαμορφώνει τα ίδια τα θεμέλια της κατασκευής.
