Sviluppare un prodotto per la stampa 3D con la ceramica

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Procedere per tentativi è nel DNA di Nervous System. Questo studio utilizza il design generativo per creare oggetti d'arte unici, gioielli e articoli per la casa, in connubio fra informatica, matematica, biologia e architettura. L’obiettivo del processo è testare i limiti delle tecniche e tecnologie emergenti.

Oggi, Nervous System annuncia il lancio del suo primissimo prodotto in ceramica realizzato con la stampa 3D: “Porifera,” una linea di gioielli realizzata con Ceramic Resin di Formlabs. Questa linea di prodotti è nata in pochi mesi, dopo il beta test realizzato dallo studio con l’ultimissima formula della resina, ma la sua genesi è il risultato di anni e anni di sperimentazioni con diversi materiali ceramici.

Scopri come Jessica Rosenkrantz e Jesse Louis-Rosenberg, co-fondatori dello studio, hanno creato un prodotto finale destinato al consumo dopo anni di sperimentazioni con diversi materiali e come hanno sviluppato la propria tecnica di vetrificazione partendo dall’esplorazione concettuale e dalla prova di diverse geometrie. La loro filosofia pone la sperimentazione come l’elemento centrale per raggiungere il successo.

Portare la ceramica tradizionale a nuovi livelli

Ogni progetto firmato Nervous System nasce da un’idea diversa. Alcuni traggono ispirazione direttamente dalla biologia, partendo da programmi per computer in grado di generare forme che imitano i processi naturali, come per esempio la creazione delle venature nelle foglie. Altri prodotti sono ispirati dalle nuove tecniche di fabbricazione. Questo è il caso per la collezione Porifera.

“I materiali ceramici sono davvero belli e presentano buone qualità. Sono economici e resistenti, e al tatto regalano una piacevole sensazione; possono essere lucidi o più terrosi”, ha affermato Rosenkrantz.

In precedenza lo studio aveva esternalizzato la produzione di una linea di prodotti casalinghi in porcellana, ma il team era desideroso di aggiungere le intricate geometrie, disponibili grazie alla tecnologia additiva, alla qualità delle ceramiche tradizionali.

Per la stampa 3D, è stata testata una varietà di materiali ceramici a base di polveri e a base di resina, ma la sensazione al tatto e il peso dei pezzi prodotti erano ancora troppo distanti dalla ceramica tradizionale. Con il beta test delle formule di Formlabs, Nervous System ha aiutato a indirizzare lo sviluppo del materiale in modo tale da superare alcune sfide, tra cui i problemi di resa di stampa e la densità finale del pezzo sottoposto a cottura.

“Una delle cose che ci emoziona di più è la possibilità di realizzare oggetti che prima non eravamo in grado di produrre utilizzando tutte le altre tecniche di lavorazione ceramica,” ha affermato Rosenkrantz. “Non è possibile creare strutture tridimensionali interconnesse ultra sottili. Non possono essere colate. Lo stato pre-cottura della maggior parte dei pezzi in ceramica è molto fragile. Lo stato pre-cottura del materiale per la stampa 3D invece è resistente perché contiene resina. Così possiamo realizzare queste geometrie stranissime che sono super resistenti quando sottoposte a cottura.”

“È bello poter lavorare in-house,” afferma Louis-Rosenberg. “Non vogliamo per forza rimanere legati a una tecnologia. Non ci interessa investire tantissimo in uno strumento, ma vogliamo essere in grado di produrre qualcosa da soli e sperimentare è qualcosa che ci entusiasma molto.”

“Possiamo creare oggetti che non potevamo realizzare con altre tecniche di lavorazione della ceramica. In fase di pre-cottura, queste parti sono così resistenti da permettere geometrie complesse, che diventano ancora più resistenti dopo la cottura.”
Jessica Rosenkrantz
Nervous System

Unire forma e funzionalità

Con Ceramic Resin di Formlabs, il team di Nervous System è riuscito a testare alcune delle sue idee. La resa di stampa è stata di primaria importanza: il materiale è sperimentale e richiede un’intensa fase di test per scoprire le geometrie ideali. Il team ha iniziato a sviluppare un servizio da tè per poi focalizzarsi su un prodotto più piccolo che permettesse di stampare una struttura a nido d'ape e contenere i costi.

“Sapevamo che volevamo lavorare con un materiale ceramico per la stampa 3D già da tempo, ma non sapevamo di preciso cosa volessimo realizzare,” ha affermato Louis -Rosenberg. “Teiera e tazzine sono molto grandi, ed è quindi difficile contenere i costi, quindi stiamo ancora lavorando a quel progetto. Volevamo iniziare con qualcosa di più piccolo, come un gioiello.”

Nei progetti basati su un intreccio di linee come il servizio da tè, una crepa può compromettere l’intera struttura. Sperimentando con pezzi di gioielleria più piccoli, il team ha scoperto che le strutture continue funzionavano molto meglio.

“Un design autoportante non è fondamentale solo per la stampa, ma lo è anche per il processo di cottura” ha detto Rosenkrantz. “Con i gioielli, quando li sottoponi a cottura, mantengono la loro forma.”

Parallelamente agli esperimenti con la stampa 3D di parti in ceramica, Nervous System stava studiando anche alcune strutture superficiali minimaliste, come continuazione del progetto New Balance, e ha trovato simili geometrie nelle spugne marine.

Le forme interconnesse e autoportanti delle spugne erano l’ideale per la stampa con Ceramic Resin e hanno funzionato bene anche per posizionare e rimuovere i supporti dai pezzi stampati in 3D.

Il team ha riprodotto le geometrie della spugna per generare forme che poi sono diventate collane e orecchini per la collezione finale.

Scopri come Nervous System ha sviluppato la collezione di gioielli Porifera.

Determinare un processo di vetrificazione

Ci sono voluti moltissimi test per trovare un flusso di lavoro per cottura e vetrificazione che funzionasse con successo. Il processo finale sviluppato da Nervous System ha influenzato il manuale di utilizzo di Ceramic di Formlabs, che chiunque utilizzi la Ceramic Resin dovrebbe leggere per intero prima di procedere alla stampa con il materiale.

I materiali ceramici con cui Nervous System lavorava in precedenza non raggiungevano la densità delle ceramiche tradizionali. I pezzi sottoposti a cottura risultavano così ancora molto porosi e avevano bisogno di un processo di vetrificazione diverso.

“In pratica dovevamo sottoporre i pezzi a una cottura completa, procedere alla vetrificazione e poi continuare con una seconda vetrificazione, con basso punto di cottura,” ha affermato Louis-Rosenberg. “Questo procedimento non ha alcun senso se si utilizza Ceramic Resin di Formlabs, perché è in grado di produrre un pezzo finale compatto. Questo è l’aspetto positivo, ma significa anche che, se si va avanti con la cottura fino in fondo, il pezzo è molto difficile da vetrificare perché lo smalto non si attacca alla superficie vetrosa.”

Con l’aiuto del loro esperto in ceramiche, il team ha capito che era necessario sottoporre i pezzi a cottura a una temperatura molto più bassa per renderli porosi e quindi procedere con la vetrificazione e la cottura a una temperatura più elevata.

“Il nostro in realtà è un processo molto simile ai processi ceramici tradizionali; per prima cosa si procede con il cosiddetto processo di combustione, durante il quale tutta la resina viene rimossa e sottoponiamo il pezzo a cottura a una temperatura più bassa, 1038° Celcius , che corrispondono a circa un cono 05. Così si ottiene un pezzo piuttosto fragile e poroso. Vogliamo che sia poroso, perché in questo modo assorbirà meglio lo smalto,” afferma Louis-Rosenberg.

Dopo la biscottatura, i pezzi stampati sono fragili e porosi. Lo studio immerge i pezzi in uno smalto sviluppato dal loro esperto in ceramiche sulla base di ricette comunemente disponibili. Una volta sottoposti a vetrificazione, i pezzi vengono cotti una seconda volta con cono 10, che corrisponde a circa 1288° Celcius.

In passato, Nervous System applicava gli smalti con uno spray, ma ha poi notato che le geometrie intrecciate dei gioielli nascondevano alcune superfici dal contatto con lo smalto.

“È strano. Nella tua testa non sembra che ci sia una così grande differenza tra 1038° e 1288° Celcius, ma quando si cuoce il pezzo a 1038° esce fuori tutto bianco e gessoso. Quando lo si cuoce a1288° , il pezzo risulta vetroso e liscio. Quindi ecco, è in questa fascia strana che cambia tutto,” ha affermato Rosenkrantz.

Consiglio per la levigatura: Nervous System leviga i pezzi in due momenti diversi nel corso del flusso di lavoro per la produzione di Porifera. Dopo la vetrificazione, leviga l’area di ogni pezzo che poggia sulla fornace per rimuovere lo smalto da qualsiasi sezione che potrebbe cuocersi sulla superficie della fornace. Una volta che i pezzi sono stati sottoposti a una cottura completa, leviga la parte posteriore di ciascun gioiello per rimuovere qualsiasi area ruvida nei punti in cui il prodotto sarà in contatto con il corpo.

Inizia a sperimentare con Ceramic Resin

Ceramic Resin fa parte della linea di prodotti di Form X di Formlabs. Dopo Color Kit, è il prodotto più sperimentale che Formlabs abbia mai messo in commercio. I beta tester come Nervous System sono parte integrante del processo per portare prodotti sperimentali sul mercato.

“Mi piace molto il progetto Form X; è chiaro che Formlabs non ha alcun problema se la gente fa esperimenti con le loro macchine. Credo che molti altri produttori non seguano questa filosofia, il che rende difficile fare esperimenti con la loro tecnologia,” afferma Rosenkrantz.

è il prodotto più sperimentale che Formlabs abbia mai messo in commercio. I beta tester come Nervous System sono parte integrante del processo per portare prodotti sperimentali sul mercato.

“Mi piace molto il progetto Form X; è chiaro che Formlabs non ha alcun problema se la gente fa esperimenti con le loro macchine. Credo che molti altri produttori non seguano questa filosofia, il che rende difficile fare esperimenti con la loro tecnologia,” afferma Rosenkrantz.

“Normalmente non capita di poter prendere l'attrezzatura che utilizzavi già da anni e adoperarla per produrre cose completamente diverse e con un materiale diverso.”“
Jessica Rosenkrantz
Nervous System

Ceramic Resin è disponibile direttamente presso Formlabs in Nord America ed Europa. Scopri di più su questo materiale e su come funziona..