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Esplorare i fondali marini con attrezzature in 3D

By Febbraio 14, 2023Agosto 2nd, 2023Case study, Formlabs, stampa 3D
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Nonostante gli studi sull’oceano siano sottofinanziati, alcuni ricercatori si sono rivolti alla stampa 3D accessibile come un modo alternativo per ricercare i fondali marini.

Presso l’Undersea Robotics and Imaging Laboratory, nel Bay Campus dell’Università di Rhode Island, il docente Brennan Phillips e i suoi studenti stanno costruendo strumenti in grado di esplorare i fondali oceanici.

Utilizzando le stampanti SLA Form 3+ e Form 3L, il laboratorio stampa in 3D involucri impermeabili per telecamere e una vasta gamma di strumenti di ricerca.

Parti impermeabili sotto pressione

La mappatura dell’oceano richiede la creazione di strumenti che siano non soltanto impermeabili, ma che resistano anche a una pressione altissima.

Phillips e gli studenti del laboratorio hanno iniziato a disegnare un involucro stampato in 3D per una fotocamera che mantenesse il sistema all’asciutto, ma che fosse anche facilmente smontabile.

Ci sono volute decine di iterazioni, ma alla fine il team ha scelto un case cilindrico stampato in due parti sulla Form 3+ in Clear Resin.

La struttura interna dell’involucro contiene la scheda di circuito e ha un riempimento in resina che mantiene l’obiettivo della fotocamera “in aria”.

“La sfida era trovare la telecamera adatta alle nostre esigenze.
Ne abbiamo create a decine di forme diverse e, trattandosi di un oggetto stampabile, possiamo realizzare tutte le forme che vogliamo.
Possiamo progettare rapidamente, costruire l'elettronica, inserirla, ottimizzare le dimensioni e poi versare la resina.”

Brennan PhillipsDocente presso l'Undersea Robotics and Imaging Laboratory

Con la stampa 3D, il laboratorio riesce a eseguire differenti iterazioni, raggiungendo una maggiore flessibilità.

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Il laboratorio utilizza un serbatoio a pressione per simulare ambienti marini.

Una volta che Phillips e i suoi studenti hanno definito il case in due parti con la resina, hanno messo le parti in una camera a pressione, testandone la resistenza.

Perché la stampa SLA è la scelta perfetta

Nel valutare le diverse stampanti 3D, l’accuratezza dimensionale e le caratteristiche dei materiali erano fattori prioritari.

Innanzitutto, le parti in resina, a differenza delle parti stampate in filamento, non lasciano filtrare l’acqua.

La finitura liscia della resina assicura inoltre che le parti combacino tra di loro.

Anche l’alta risoluzione delle stampe contribuisce alla tenuta stagna. Tolleranze incredibilmente strette e dimensioni ridotte consentono di stampare le filettature delle viti direttamente nel materiale.

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“Le caratteristiche tecniche e meccaniche delle resine sono di gran lunga migliori in termini di resistenza all'usura.
Con la tecnologia a filamento è impossibile ottenere componenti che resistono a pressioni elevatissime o che hanno una risoluzione abbastanza alta da incastrarsi perfettamente tra di loro.”

Brennan PhillipsDocente presso l'Undersea Robotics and Imaging Laboratory

L’accuratezza e la disponibilità di materiali delle stampanti Formlabs hanno consentito al team di lavorare sulla creazione di involucri impermeabili.

Nel gennaio 2020, Phillips e i suoi studenti hanno dimostrato che il sistema Formlabs, con il dovuto impianto di stabilizzazione, consente di creare e di distribuire gli stessi involucri anche sulle navi.

Ciò significa produzione economica e locale!

L’adozione della Form 3L

Quando Formlabs ha annunciato l’introduzione del modulo Form 3L, Phillips e il laboratorio hanno subito deciso di testarlo.

D’altronde, il grande formato della Form 3L consente di ampliare gli studi e di migliorare altre funzioni del laboratorio attraverso strumenti di ricerca innovativi.

Per installare gli involucri e altri strumenti di controllo sott’acqua, il laboratorio deve utilizzare e mantenere migliaia di metri di sottili cavi in fibra ottica.

Per evitare che i cavi si annodino, il team ha disegnato e inserito sul fianco dell’imbarcazione uno “scivolo” che guida correttamente i cavi ottici.

Lo “scivolo” riduce il numero di volte in cui è necessario sostituire l’attrezzatura.

Innovare i cavi in fibra ottica

Il laboratorio di Phillips, in collaborazione con Nautilus Defense LL con sede a Pawtucket RI, ha inventato un nuovo tipo di filo da pesca in fibra ottica, o FOFL.

Tuttavia, il filo da pesca in fibra ottica non è utilizzabile da solo.

Poiché i cavi in fibra ottica non possono essere annodati o maneggiati come altri fili resistenti, il laboratorio ha dovuto inventare un punto di terminazione meccanico che rendesse il cavo sicuro da manovrare.

Con la resina del sistema Formlabs, la treccia esterna della lenza aderisce alla struttura stampata in 3D e non al nucleo in fibra ottica. La fibra, al contrario, attraversa un tubo in metallo, inviando le informazioni al computer a cui è connessa.

“Questo tipo di attacco è estremamente resistente.
Senza la stampa 3D, questi attacchi arriverebbero a costare 3.000 o 4.000 dollari ogni volta, e siamo riusciti a eseguire differenti iterazioni.
Credo che nessuno l'abbia fatto perché era davvero troppo costoso.
È la combinazione di metodi di prototipazione rapida come le stampanti Formlabs e la nuova linea di fibre ottiche a permettere di realizzare idee come questa!”

Brennan PhillipsDocente presso l'Undersea Robotics and Imaging Laboratory

Diversi casi d’uso

Nel laboratorio di Phillips, le stampanti Formlabs vengono utilizzate per modellare, fare test, creare prodotti finali.

Anche in un piccolo laboratorio di ricerca, le opportunità d’uso sono continuamente stimolate dallo spirito innovativo di Phillips e dei suoi studenti.

Durante la pandemia COVID-19, infatti, Phillips e i suoi studenti hanno trovato una nuova applicazione alla stampa 3D.

Il laboratorio ha pubblicato i risultati relativi all’off-gassing chimico della resina per guide chirurgiche Formlabs, dimostrando che è possibile usarla nelle parti di ventilatori stampate in 3D.

Oltre alla pubblicazione scientifica, il laboratorio ha ottenuto anche l’autorizzazione all’uso in caso di emergenza (EUA).

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Democratizzare lo studio dei fondali marini

I costi contenuti consentono a tutti gli studenti di accedere a macchine altrimenti difficili da usare.

Gli studenti universitari sono liberi di apprendere il funzionamento di una stampante 3D senza temere che eventuali errori costino al laboratorio.

“Prima delle stampanti 3D, gli studenti non disegnavano o realizzavano i loro alloggiamenti fino a quando non si laureavano o lavoravano nel settore e potevano seguire tutti i corsi di formazione, perché i costi e l'accesso erano limitati.
Ma le stampanti Formlabs aprono le porte a tutti!”

Brennan PhillipsDocente presso l'Undersea Robotics and Imaging Laboratory

Queste opportunità non sono limitate ai soli studenti universitari americani.

Phillips fa parte di una comunità internazionale che cerca di migliorare l’accesso e l’economicità degli strumenti di ricerca nei Paesi costieri sottosviluppati di tutto il mondo.

“Il denaro è una restrizione, la formazione è una restrizione, ma questi metodi hanno il potenziale per aprire davvero la strada e democratizzare l'esplorazione delle profondità marine.”

Brennan PhillipsDocente presso l'Undersea Robotics and Imaging Laboratory

Trovi l’articolo originale sul blog di Formlabs.

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