Fonte dell’immagine：https://news.utexas.edu/2025/06/30/3d-printing-breakthrough-paves-way-for-next-gen-medical-devices-and-stretchable-electronics/
AUSTIN, Texas — Ispirati a come la natura unisce robustezza e flessibilità, come la struttura rigida dell’osso circondata da cartilagine morbida, tutti con proprietà geometriche eleganti e precise, i ricercatori dell’Università del Texas ad Austin hanno sviluppato un nuovo metodo di stampa 3D rapido e preciso che unisce senza soluzione di continuità proprietà morbide e rigide in un unico oggetto utilizzando diversi colori di luce.
Questo avanzamento potrebbe aprire la strada a protesi di prossima generazione, dispositivi medici flessibili ed elettronica estensibile che si muovono naturalmente con il corpo, proprio come un’articolazione o un legamento umano.
Il processo è descritto in un articolo pubblicato oggi su Nature Materials.
“Ciò che ci ha davvero motivato, a me e al mio gruppo di ricerca, è stato guardare i materiali nella natura,” ha dichiarato Zak Page, professore assistente di chimica presso la UT Austin e autore corrispondente.
“La natura fa questo in modo organico, combinando materiali duri e morbidi senza fallire all’interfaccia. Volevamo replicarlo.”
Un articolo correlato pubblicato il 29 maggio su ACS Central Science da Page e altri autori descrive lavori adiacenti, i quali sono stati elogiati dagli editori della rivista in un commento “First Reactions”, affermando che il lavoro rappresenta “il futuro della stampa 3D” e mette in mostra “come la luce — non solo come strumento per indurire la resina, ma come uno scultore finemente sintonizzato — possa guidare la prossima generazione di produzione additiva.”
“Questo approccio potrebbe rendere la produzione additiva più competitiva per produzioni di alta capacità rispetto ai processi tradizionali come la stampaggio a iniezione. Altrettanto importante, apre nuove possibilità di design,” ha affermato Keldy Mason, autore principale del secondo studio e studente laureato nel laboratorio di Page.
“Ciò offre a ingegneri, designer e creatori maggiore libertà di creare.”
Una delle sfide più grandi nella creazione di oggetti con proprietà fisiche molto diverse è che i materiali tendono a fallire all’interfaccia, o al punto in cui si toccano.
Pensate a come la suola in gomma di una scarpa da corsa si separi nel tempo dalla rete morbida sopra di essa.
Il nuovo metodo di stampa 3D utilizza una resina liquida progettata su misura e un sistema di stampa a doppia luce che attiva diverse reazioni chimiche a seconda del colore della luce utilizzata.
Attraverso l’illuminazione con luce viola, la resina si indurisce in un materiale flessibile simile alla gomma.
Ma nelle aree colpite da luce ultravioletta ad alta energia, diventa rigida e resistente.
Il risultato è un oggetto con zone distinte di morbidezza e rigidità realizzate in una sola stampa.
“Abbiamo incorporato una molecola con gruppi reattivi, in modo che le nostre due reazioni di solidificazione potessero ‘parlare tra loro’ all’interfaccia,” ha spiegato Page.
“Questo ci dà una connessione molto più forte tra le parti morbide e dure, e quindi possiamo avere una transizione graduale se lo desideriamo.”
Il team ha dimostrato il sistema stampando un piccolo ma funzionale articolazione del ginocchio con legamenti flessibili e ossa rigide che si muovono insieme senza problemi.
Hanno anche creato un prototipo di dispositivo elettronico estensibile con un filo d’oro montato su una striscia che potrebbe piegarsi ed estendersi in parti, ma con una sezione più rigida per prevenire la rottura del circuito.
“Onestamente, ciò che mi ha sorpreso di più è stato quanto bene ha funzionato al primo tentativo.
Questo non succede quasi mai con le resine di stampa 3D,” ha detto Page.
“Siamo rimasti sbalorditi anche da quanto fossero diverse le proprietà.
Le parti morbide si sono allungate come una gomma da masticare e sono rimbalzate indietro.
Le parti rigide erano forti come le plastiche utilizzate nei prodotti per consumatori.”
Il processo funziona anche più rapidamente e con una risoluzione migliore rispetto agli approcci precedenti.
E poiché la configurazione della stampante è relativamente semplice e accessibile, la tecnologia potrebbe diventare alla portata di ricercatori, ospedali ed educatori.
“Potrebbe essere utilizzata per prototipare modelli chirurgici, sensori indossabili o persino robot morbidi,” ha aggiunto Page.
“C’è così tanto potenziale qui.”
Ji-Won Kim, Lynn M. Stevens, Henry L. Cater, Ain Uddin, Marshall J. Allen, Elizabeth A. Recker, Anthony J. Arrowood, Gabriel E. Sanoja, Benny D. Freeman, Ang Gao, Wyatt Eckstrom e Michael A. Cullinan della UT Austin sono stati coautori dell’articolo su Nature Materials.
Keldy Mason, Jenna M. Nymick, Mingyu Shi, Franz A. Stolpen e Jaechul Ju si sono uniti a Kim, Recker e Page nell’articolo di ACS Central Science di maggio.
Entrambi i progetti hanno ricevuto supporto finanziario dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, dalla Robert A. Welch Foundation e dalla National Science Foundation, con supporto ulteriore per la ricerca fondamentale del team fornito dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e dalla Research Corporation for Science Advancement.
L’Università del Texas ad Austin è impegnata nella trasparenza e nella divulgazione di tutti i potenziali conflitti di interesse.
I ricercatori hanno presentato i moduli di disclosure finanziaria richiesti all’università.
Page, Allen e Kim hanno presentato una domanda di brevetto sulla tecnologia descritta in questo comunicato (#PCT/US2024/035169).
