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al 1936 a oggi: come si è evoluta la tecnologia dell'elettrofilatura a fusione e ha inaugurato una nuova era nella stampa 3D
Come metodo per la produzione di strutture in fibre, la tecnologia dell'elettrofilatura a fusione si è gradualmente evoluta e ha ampliato i suoi campi di applicazione da quando è stata descritta per la prima volta nel 1936, in particolare nell'ingegneria tissutale, nei tessili e nei materiali filtranti. Lo sviluppo di questa tecnologia non solo cambia il modo in cui elaboriamo i polimeri, ma apre anche nuove possibilità per la tecnologia di stampa 3D.
L'elettrofilatura a fusione non è solo una semplice lavorazione dei polimeri, ma anche una rivoluzione nella scienza dei materiali, poiché fornisce soluzioni per diversi settori industriali senza l'utilizzo di solventi.
La storia dell'elettrofilatura a fusione risale al 1936, quando Charles Norton descrisse per la prima volta la tecnica. Dopo decenni di silenzio, nel 1981, Larrendo e Manley riproposero l'elettrofilatura a fusione in una serie di articoli. Successivamente, nel 2001, Reinecke e Langukun pubblicarono un abstract di una conferenza in cui sottolineavano l'applicazione dell'elettrofilatura a fusione nel vuoto. Con il passare del tempo, sono state condotte sempre più ricerche su questa tecnologia. Nel 2011, l'elettrofilatura a fusione è stata combinata con un collettore mobile per proporre un nuovo metodo di stampa 3D.
Principi di base della tecnologia di elettrofilatura a fusione
Il principio fondamentale della tecnologia dell'elettrofilatura a fusione si basa sulla fisica dello stiramento elettrostatico delle fibre. Le proprietà fisiche del polimero fuso nell'elettrofilatura a fusione presentano una viscosità più elevata rispetto all'elettrofilatura in soluzione, consentendo così al getto carico disegnato di formare fibre in modo più prevedibile. Nell'elettrofilatura a fusione, il getto carico fuso deve essere raffreddato per ottenere la solidificazione, mentre nell'elettrofilatura in soluzione si basa sull'evaporazione del solvente.
Parametri chiave dell'elettrofilatura a fusione
1. TemperaturaÈ necessario mantenere una certa temperatura per garantire che tutto il polimero si sciolga sulla punta dell'ugello. Rispetto all'elettrofilatura in soluzione, la lunghezza dell'ugello dell'elettrofilatura a fusione è relativamente breve.
2. TrafficoLa portata è uno dei parametri principali che influiscono sul diametro della fibra. In generale, maggiore è la portata, maggiore è il diametro della fibra. Nell'elettrofilatura a fusione, tutti i polimeri fluidi vengono raccolti, evitando il problema della volatilizzazione del solvente.
3. Peso molecolareIl peso molecolare è fondamentale per stabilire se un polimero è idoneo all'elettrofilatura a fusione. In genere, i polimeri lineari omogenei con un basso peso molecolare (inferiore a 30.000 g/mol) provocano la rottura delle fibre e una scarsa qualità, mentre i polimeri con un peso molecolare elevato (superiore a 100.000 g/mol) non fluiscono facilmente attraverso l'ugello. Molti studi sulle fibre elettrofilate a fusione utilizzano pesi molecolari compresi tra 40.000 e 80.000 g/mol.
4. TensioneLa regolazione della tensione non ha grandi effetti sul diametro della fibra, ma la produzione di fibre stabili e di alta qualità richiede una tensione ottimale. La tensione utilizzata nell'elettrofilatura a fusione varia da 0,7 kV a 60 kV.
Applicazioni dell'elettrofilatura a fusione
La tecnologia dell'elettrofilatura a fusione ha un'ampia gamma di applicazioni, soprattutto nell'ingegneria tissutale. Poiché non vengono utilizzati metodi di lavorazione contenenti solventi, ciò comporta enormi vantaggi nella stimolazione della proliferazione cellulare e nella riparazione dei tessuti. Inoltre, l'elettrofilatura a fusione è una soluzione fattibile anche per alcuni polimeri difficili da sciogliere, come il polipropilene o il polietilene.
L'elettrofilatura a fusione non è più solo una tecnologia di produzione di fibre, potrebbe diventare una delle tecnologie chiave per cambiare il panorama industriale.
Ingegneria dei tessuti
L'elettrofilatura a fusione è stata utilizzata per elaborare materiali biomedici da utilizzare nella ricerca sull'ingegneria tissutale. Questo approccio ne amplia il potenziale per le applicazioni mediche, evitando l'uso di solventi volatili tossici.
Consegna di farmaci
Inoltre, la tecnologia dell'elettrofilatura a fusione può anche preparare fibre caricate con farmaci per formare sistemi di somministrazione di farmaci. Ciò fornisce senza dubbio una nuova tecnologia di formulazione per la tecnologia farmaceutica, che aiuta a migliorare la solubilità del farmaco e a controllarne la velocità di rilascio.
Scrittura tramite elettrofilatura a fusione
La scrittura tramite elettrofilatura a fusione (MEW) utilizza una corrente elettrica controllata per depositare con precisione fibre polimeriche e formare strutture, un processo che ne ha fatto un uso diffuso nella stampa 3D. Lo sviluppo della tecnologia MEW ha promosso le potenziali applicazioni di sensori ad alte prestazioni, robot flessibili e altre biofabbricazioni.
Lo sviluppo della tecnologia dell'elettrofilatura a fusione a partire dal 1936 ha rappresentato un'entusiasmante rivoluzione nella scienza dei materiali e la sua introduzione nella stampa 3D implica che le future innovazioni tecnologiche continueranno a evolversi. Man mano che la tecnologia continua a maturare, possiamo aspettarci che l'elettrofilatura a fusione venga utilizzata in più settori. Quindi, in che modo questa tecnologia cambierà la nostra vita quotidiana?
