Studio sulle applicazioni di nuovi materiali

apertura2Presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica dei Materiali del Politecnico di Milano è nato +TUO, un progetto orientato alla realizzazione di ausili su misura in materiali biodegradabili destinati a persone affette da malattie degenerative. L’ambiente è quello di un laboratorio di chimica per lo studio di nuovi materiali, l’atmosfera, invece, quella di un luogo dove si cercano soluzioni creative ai problemi quotidiani delle persone con disabilità. Così, il Politecnico di Milano, grazie al progetto + TUO, ideato da Francesca Ostuzzi, progettista industriale, in collaborazione con Silvia Ostuzzi di Alomar, l’Associazione lombarda malati reumatici, si è trasformato in un luogo di incontro tra malati, designer ed esperti di nuovi materiali. Gli stessi che già da tempo sono oggetto di interesse di +LAB, il laboratorio del Politecnico di Milano dove si studiano le possibili applicazioni dei nuovi materiali in bioplastica nella stampa 3D. Qui, grazie al contributo di esperti designers (Tiziano Berti, Francesco Pacelli e Chiara Capuzzo), con il supporto concreto dei malati, per l’occasione co-progettisti, sono nati i primi ausili che oltre a essere belli, sono soprattutto utili perché consentono alle persone affette da malattie reumatiche con disabilità anche importanti di riappropriarsi di quelle azioni della vita quotidiana, elementari per chi è in buona salute, ma quasi impossibili per chi abbia contratto invece questa o altre patologie invalidanti, come il morbo di Parkinson e la Sclerosi multipla, le altre due malattie degenerative già nei pensieri dei ricercatori impegnati in questo progetto.

Dottoressa Francesca Ostuzzi, com’è nato +TUO?
Il progetto è parte del dottorato di ricerca che sto svolgendo sotto la guida della dottoressa Valentina Rognoli, ricercatrice e della professoressa Marinella Levi, vicedirettore del Dipartimento «Giulio Natta» di Chimica, materiali e ingegneria chimica del Politecnico di Milano, dove mi sono laureata. L’idea è stata quella di utilizzare la stampa 3D, una tecnologia già disponibile da circa vent’anni ma oggi divenuta davvero accessibile, per realizzare oggetti unici a costi contenuti. D’altra parte, ci siamo concentrati sulle difficoltà che hanno le persone con certe disabilità nel compiere azioni anche molto elementari, come aprire la zip di una giacca a vento o una bottiglietta d’acqua. Così abbiamo pensato di ridisegnare proprio quegli oggetti a cui il design industriale tendenzialmente non pone mai lo sguardo.

Di quali materiali vi servite?
Gli oggetti nascono da un’idea suggerita proprio dai pazienti. Dopodiché si realizza il disegno 3D che viene poi processato attraverso un programma opensource che permette di inserire i parametri di stampa più idonei al materiale che verrà impiegato. Il procedimento consente di ottenere già l’oggetto finale, perché realizzato su misura. Il materiale più utilizzato in assoluto è il PLA, un biopolimero, derivante dal mais, biodegradabile, fornito in bobine: i filamenti vengono fusi e depositati per realizzare l’oggetto. Un altro materiale plastico è l’ABS, utilizzato soprattutto per le scocche: è un materiale brillante, in cui i colori sono molti saturi, con buone prestazioni meccaniche, che tuttavia, a causa della sua struttura molecolare, è più difficile da stampare e per questo è ancora oggetto di studio, proprio come il nylon, altro materiale ad alte prestazioni, ma non privo di difetti. Infine, ci avvaliamo anche dei poliuretani termoplastici, in pratica gomme che hanno la caratteristica di restare flessibili anche a temperatura ambiente.

Francesca Ostuzzi.

Francesca Ostuzzi.

Come rispondono questi materiali alla stampa 3D?
I termoplastici stampabili tramite la tecnologia Fused Deposition Modelling sono numerosi, tra cui i più utilizzati sono PLA, ABS, PA, HIPS, PVA, PET, TPU. Depositare il materiale portato a punto di rammollimento o fusione di per sé non è un problema. L’aspetto più complesso da gestire è invece il ritiro del materiale influenzato dal grado di cristallinità che tende a deformare il pezzo tramite imbarcamento o distacco dal piatto nel momento in cui il polimero si raffredda dopo l’estrusione.

Sono allo studio nuove soluzioni per ottimizzare il processo di stampa?
Nel corso degli ultimi mesi la comunità internazionale ha sviluppato, oltre a nuovi materiali, diverse soluzioni per migliorare la tecnologia. Sono state sviluppate stampanti a camera chiusa per evitare il contatto diretto del pezzo con l’ambiente e la temperatura circostanti durante la stampa o modifiche alla meccanica di movimentazione dei tre assi per ridurre il più possibile le vibrazioni del piatto di stampa e dell’ugello al fine di ottenere stampe qualitativamente sempre più precise.

Come si realizza l’oggetto
Una stampa 3D è realizzabile tramite tre momenti sequenziali: si parte dalla generazione di una mesh poligonale 3D in formato.stl che deve essere chiusa (manifold) per essere letta da un secondo programma detto di slicing che scompone in sezioni orizzontali (layers) la mesh, in base a precisi parametri di stampa definiti dall’utente. Il risultato finale dello slicing è un file di testo chiamato GCode, che contiene tutte le informazioni da inviare alla macchina per eseguire la stampa.

I prossimi passi di +TUO
Dopo il workshop dedicato alle persone affette da malattie reumatiche, il laboratorio ideato da Francesca dal prossimo settembre intende coinvolgere altri pazienti, questa volta affetti dal morbo di Parkinson, ma anche dalla Sclerosi Multipla, altra grave malattia invalidante. Il metodo di lavoro sarà lo stesso: quello che cambierà saranno i bisogni evidenziati dai singoli pazienti e le soluzioni che i malati, co-designer, studieranno insieme agli esperti del Politecnico di Milano, sempre alla ricerca di nuovi materiali compatibili con le esigenze di stampa 3D, ma anche con le esigenza d’uso dei pazienti.

di P. Altea

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