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Jun 02, 2023

Iniezione

Il vetro è uno dei materiali più antichi dell'umanità ed è ancora ampiamente utilizzato per qualsiasi cosa, dai recipienti per bere e gli imballaggi all'ottica e alle comunicazioni. Sfortunatamente, i metodi per lavorare con

Il vetro è uno dei materiali più antichi dell'umanità ed è ancora ampiamente utilizzato per qualsiasi cosa, dai recipienti per bere e gli imballaggi all'ottica e alle comunicazioni. Sfortunatamente, i metodi per lavorare il vetro sono rimasti nel passato. La maggior parte dei metodi richiedono molto calore, nell'intervallo compreso tra 1500 °C e 2000 °C, e sono tutti limitati nella complessità delle forme che possono essere realizzate.

Per quanto riguarda la creazione di forme, il vetro può essere soffiato e il vetro fuso pressato negli stampi. Il vetro può anche essere macinato, inciso o fuso in un forno. Il vetro sarebbe fantastico per molte applicazioni se non fosse per tutta la questione della geometria limitata. A causa delle limitazioni nella formatura del vetro, alcune lenti ottiche sono realizzate con polimeri, anche se il vetro ha caratteristiche ottiche migliori.

Idealmente, il vetro potrebbe essere stampato ad iniezione come la plastica. I vantaggi sarebbero duplici: sarebbero possibili forme più complesse e i tempi di produzione sarebbero molto più rapidi. Bene, l'attesa è finita. I ricercatori dell'Università tedesca di Friburgo hanno trovato un modo per applicare lo stampaggio a iniezione al vetro. E non si tratta di un vetro qualsiasi: hanno prodotto vetro al quarzo fuso trasparente e di alta qualità, e lo hanno fatto a temperature più basse rispetto ai metodi tradizionali. Il team ha utilizzato la diffrazione dei raggi X per verificare che il vetro fosse amorfo e privo di cristalli e è stato in grado di confermarne la trasparenza ottica in tre modi: microscopia ottica, misurazione UV-visibile e infrarossi. Tutto ciò che ha rivelato è stato un pezzettino di polvere, cosa normale al di fuori di una stanza pulita.

Si tratta di una notizia entusiasmante per due grandi ragioni: lo stampaggio a iniezione apre le porte a forme complesse ed è anche meno dispendioso in termini energetici rispetto ai metodi tradizionali di formatura del vetro. Il team ha iniziato questo viaggio nel 2017 hackerando una stampante 3D per spruzzare pasta di vetro al posto della plastica. Per fare ciò, hanno realizzato una polvere stampabile da nanoparticelle di silice e un polimero polimerizzabile con raggi UV. Sebbene funzionasse sicuramente per creare forme complesse, la stampa e l'essiccazione erano un processo lento, uno alla volta.

Ma ora hanno aggiornato il processo per lavorare con lo stampaggio a iniezione. Allora qual è il segreto? Altri polimeri dell’era spaziale. Hanno ricominciato con nanoparticelle di silice e hanno aggiunto polietilenglicole (PEG) e polivinilbutriale (PVG). Ciò ha prodotto una pasta che hanno inserito in un estrusore e l'estrusore ha spruzzato il vetro plastificato in piccoli stampi intricati a forma di minuscoli ingranaggi, dischi e torri.

Una volta usciti dallo stampo, i pezzi si tengono insieme grazie alle interazioni di van der Waals che avvengono tra le particelle di silice. Queste sono deboli forze elettrostatiche che legano le molecole tra loro. Per un legame più permanente, i ricercatori prima immergono i pezzi in acqua per diverse ore per lavare via il PEG. Quindi cuociono i pezzi in due fasi: la prima a 600° C per bruciare il PVB e la seconda volta a 1300° C per fondere insieme le particelle di silice. A questo punto la plastica è scomparsa e tutto ciò che rimane è il vetro.

Il dottor Frederik Kotz, uno dei ricercatori e leader del gruppo presso la startup di materiali Glassomer, ha detto questo sulla loro scoperta:

Vediamo un grande potenziale, soprattutto per i piccoli componenti in vetro high-tech con geometrie complicate. Oltre alla trasparenza, anche il bassissimo coefficiente di dilatazione del vetro rende interessante la tecnologia. I sensori e l'ottica funzionano in modo affidabile a qualsiasi temperatura se i componenti chiave sono in vetro.

Anche se lo stampaggio a iniezione è più veloce del processo di stampa e polimerizzazione adottato dal team qualche anno fa, c'è un problema: il lavaggio via il PEG deve essere effettuato nell'arco di diversi giorni per evitare che il vetro si rompa. Sicuramente qualcuno troverà un modo per farlo più velocemente. Forse anche prima che il mondo abbia bisogno di fiale di vetro per miliardi di dosi di un nuovo vaccino.

Immagini tramite Glassomer