La produzione additiva porta chiarezza nell'oscurit�

Motivi retroilluminati – la creatività non ha limiti. © Fraunhofer IPA/Foto: Christian Bay

Pannello porta retroilluminato stampato in 3D. © Fraunhofer IPA/Foto: Christian Bay

La produzione è complessa, il riciclo difficile: Componenti in plastica complessi, che devono essere traslucidi in determinate aree, richiedono molto agli produttori e alle aziende di smaltimento. Con un procedimento di stampa 3D sofisticato, gli esperti del Fraunhofer IPA e dell'Università di Bayreuth sono riusciti a produrre questi componenti in un'unica fase di produzione e interamente dallo stesso materiale.

Che si tratti di cruscotto, modanature o pulsanti e interruttori retroilluminati per il clima e la radio – molte componenti automobilistiche e dispositivi elettrici possiedono elementi luminosi o simboli illuminati selettivamente. Durante la guida, il contrasto tra sfondo scuro e simbolo chiaro aiuta a riconoscere rapidamente il tasto desiderato di notte e a concentrarsi sul traffico.

Perfino per piccoli componenti come tasti e levette, la produzione di simboli retroilluminati richiede diversi materiali con diverse trasparenze luminose, vari passaggi di processo o uno spessore variabile del componente. In questi casi, i singoli materiali sono spesso uniti in modo inseparabile, riducendo notevolmente la capacità di riciclo. Il gruppo di progetto Process Innovation dell'Istituto Fraunhofer per la tecnologia di produzione e automazione IPA e l'Impact Hub tecnologico del Dipartimento di produzione sostenibile dell'Università di Bayreuth utilizzano la produzione additiva per rendere più ecologica ed economica la produzione di questi componenti plastici funzionalizzati.

«La capacità di riciclo e i tempi di processo brevi giocano un ruolo sempre più importante nella produzione di componenti tecnici, specialmente nella produzione additiva», afferma Marco Wimmer del Fraunhofer IPA. «Sfruttando il potenziale della produzione additiva, nonché materiali innovativi e tecnologie di macchine, si aprono nuove possibilità di produzione per componenti funzionalizzati.»

Da polveri a componenti selettivamente traslucidi

Come materiale di partenza per la produzione additiva di componenti selettivamente traslucidi, il team di ricerca di Wimmer utilizza polveri di plastica termoplastica finemente macinate. Tra queste, elastomeri termoplastici morbidi, plastiche rigide come il poli(tereftalato di butile) (PBT) o copolimeri trasparenti o translucidi. Questi e altri polveri di plastica disponibili commercialmente o ancora in fase di sviluppo vengono parametrizzati dagli scienziati di Bayreuth per il processo di sinterizzazione ad alta velocità (HSS) e testati. I risultati vengono presentati nel «HSS-Material Network», una rete volta ad aumentare la disponibilità di polveri di plastica per i fornitori di servizi e gli utenti.

HSS appartiene ai processi a letto di polvere del «Powder Bed Fusion of Polymers with Infrared Radiation» (PBF-IR/P), un gruppo di processi di produzione additiva in cui uno strato sottile di polvere di plastica viene depositato su una piattaforma riscaldata e bagnato con inchiostri a getto d'inchiostro contenenti pigmenti. Successivamente, una sorgente di radiazioni infrarosse trasforma il letto di polvere. Il pigmento assorbe la radiazione, si riscalda e fonde selettivamente la polvere di plastica. Variando la quantità di inchiostro applicato, il team di ricerca può influenzare localmente le proprietà del componente.

Luce e ombra sono vicine

Se un'area è traslucida, dipende dalla quantità di pigmento applicata localmente sulla polvere di plastica tramite l'inchiostro. Per fondere la polvere di plastica, è necessaria una piccola quantità di pigmento. Questa colora leggermente di grigio chiaro il componente, ma le proprietà traslucide della polvere prevalgono. Se si applica più del minimo necessario per fondere la polvere, la trasparenza alla luce diminuisce localmente di conseguenza.

Gli scienziati di Bayreuth sfruttano questa interazione per produrre componenti additivi con motivi, scritte e simboli ad alta risoluzione, illuminandoli con una sorgente luminosa. Grazie all'elevata risoluzione di stampa degli inchiostri a getto d'inchiostro, è possibile creare non solo contrasti netti tra chiaro e scuro, ma anche transizioni fluide.

Ecologicamente ed economicamente in corsa

Motivi, scritte e simboli personalizzati, strutture tridimensionali complesse con elementi luminosi o componenti traslucidi per combinazioni di sensoristica e illuminazione – tutto questo può essere prodotto con questo procedimento di stampa 3D sofisticato in un'unica fase di produzione e senza modifiche strutturali allo spessore dei componenti. E poiché i componenti in plastica sono realizzati interamente con lo stesso materiale, possono essere facilmente riciclati.

«La produzione additiva alleggerisce la natura e l'economia: grazie a una produzione sostenibile e a catene di processo brevi, i componenti possono essere funzionalizzati con strutture traslucide selettive senza restrizioni costruttive», riassume Wimmer.