Gli Stati Uniti Fondazione nazionale per la scienza (NSF) cerca materiali che “rivoluzionare e progettare il nostro futuro”.
I ricercatori della Iowa State University e del Università della California, Santa Barbara pensano di poter fare proprio questo cambiando radicalmente Elaborazione digitale della luce – un tipo di stampa 3D che gli utenti accendono anziché riscaldare per polimerizzare e indurire rapidamente la resina liquida in strati di plastica, per consentire la stampa multi-materiale.
Questa illustrazione mostra una singola resina che produce due materiali con proprietà diverse durante la stampa 3D basata sulla luce. Illustrazione di Adarsh Krishnamurthy.
“Vogliamo produrre due proprietà materiali con la stessa resina”, ha affermato Adarsh Krishnamurthy, professore associato di industria meccanica e leader del progetto presso lo Iowa State. “È rivoluzionario in termini di materiali per la stampa 3D.”
I ricercatori utilizzano la loro esperienza nella chimica dei materiali, nella scienza computazionale, nell’apprendimento automatico e nella caratterizzazione dei materiali per trovare resine che, se esposte a diverse lunghezze d’onda della luce, si solidificheranno con proprietà diverse.
Quindi, con un materiale, le stampanti 3D Digital Light Processing potrebbero creare prodotti rigidi e flessibili in alcuni luoghi.
Nuovi materiali per le esigenze nazionali
Il progetto è uno dei 37 che NSF ha annunciato a settembre come parte di un investimento quadriennale di 72,5 milioni di dollari per “creare nuovi materiali per affrontare le grandi sfide sociali e sviluppare la forza lavoro scientifica e ingegneristica di domani”. Lo sforzo fa parte dell’azione federale e multi-agenzia Iniziativa sul genoma dei materiali che si concentra sul rapido progresso dell’invenzione e dell’uso dei materiali.
“Integrando numerose discipline di ricerca all’interno della NSF e partenariati federali e industriali, questo programma rivoluziona davvero la progettazione, la scoperta e lo sviluppo di nuovi materiali per affrontare le urgenti esigenze nazionali”, ha affermato Sethuraman Panchanathan, direttore della NSF.
Il programma premiati ricercatori dello Stato dell’Iowa $ 800.000 per utilizzare algoritmi di intelligenza artificiale e apprendimento automatico per aiutare a sviluppare nuove resine che possono essere stampate con proprietà diverse. Krishnamurthy ha affermato che l’esperienza del team dello Stato dell’Iowa con gli strumenti di apprendimento automatico aiuterà i ricercatori a valutare le opzioni e a identificare rapidamente potenziali materiali.
Anche il programma premiati ricercatori dell’UCSB $ 1,1 milioni per la loro quota di progetto. Guidati da Michael Chabinyc, professore di materiali, i ricercatori dell’UCSB concentreranno il loro lavoro sulla chimica dei polimeri.
(Vedi la barra laterale per un elenco completo dei ricercatori dell’Iowa State e dell’UCSB.)
Krishnamurthy ha affermato che i ricercatori dello Iowa State e dell’UCSB si concentreranno sulla costruzione di speciali piattaforme biomediche con superfici strutturate di varia rigidità in grado di promuovere e dirigere la crescita delle colture cellulari.
Attualmente, tali colture vengono coltivate su vetro duro o su un polimero di silicio morbido.
“Ma il corpo non è così”, ha detto Krishnamurthy. “Il corpo ha entrambi: ossa dure e tessuti molli. Le diverse rigidità promuovono una migliore crescita cellulare.
Miglioramenti materiali informatici
Oltre a stampare e testare i materiali reali, i ricercatori svilupperanno un “gemello digitale” del sistema. Possono usarlo per simulare e prevedere come le diverse resine risponderanno a uno spettro di lunghezze d’onda ed esposizioni della luce.
Gli strumenti di apprendimento automatico risparmieranno inoltre ai ricercatori un lavoro di laboratorio noioso e dispendioso in termini di tempo, riducendo l’elenco delle potenziali resine adatte allo studio e allo sviluppo.
Inoltre, i ricercatori utilizzeranno una tecnica di apprendimento automatico chiamata apprendimento per rinforzo per assicurarsi che i progressi negli esperimenti o nelle teorie portino a progressi complessivi della stampa 3D multimateriale e basata sulla luce.
Tutta questa scienza computazionale può aiutare il team dell’Iowa State-UCSB a portare avanti l’obiettivo della Materials Genome Initiative di “scoprire, produrre e distribuire materiali avanzati due volte più velocemente e a una frazione del costo rispetto ai metodi tradizionali”.
Fonte: Università statale dell’Iowa
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