Il principale risultato del progetto europeo FAST (Functionally graded Additive Manufacturing scaffolds by hybrid manufacturing) è stato l’accoppiamento del Plasma Jet ad una stampante 3D, realizzando in tal modo una piattaforma ibrida per la manifattura additiva. Attualmente non esiste una tecnologia in grado di generare selettivamente gradienti funzionali all’interno di uno scaffold osseo (struttura porosa realizzata in stampa 3D in polimeri bioriassorbibili): questa piattaforma ibrida è in grado di promuovere l’adesione cellulare, diminuendo il rigetto e velocizzando i tempi di recupero post intervento di chirurgia implantare.
La tecnologia di stampa 3D con testina di stampa a doppio materiale associata al Plasma Jet per funzionalizzare selettivamente i filamenti dello scaffold durante la stampa 3D, ha permesso di combinare due tecnologie in un’unica piattaforma. Date le sue dimensioni contenute, il Plasma Jet è facilmente alloggiabile accanto alla testa di estrusione di stampanti FFF.
L’uso dell’argon per alimentare il Plasma Jet, non solo è stato necessario per l’innesco del plasma in configurazione Dielectric Barrier Discharge, ma fornisce un’ulteriore atmosfera protettiva per il precursore utilizzato durante la funzionalizzazione chimica, evitando così processi indesiderati di ossidazione, processi che possono avvenire nei dispositivi al plasma atmosferico alimentati ad aria. L’argon viene utilizzato nel Nadir Plasma Jet anche come carrier gas per il trasporto dei vapori di precursore. L’interazione del precursore chimico con gli elettroni ad alta energia del plasma porta alla formazione di radicali e all’avvio di reazioni chimiche, in particolare reazioni di condensazione e polimerizzazione. Si genera in tal modo un rivestimento sottile nanometrico su tutte le zone selezionate del polimero estruso durante la stampa 3D.
Per ottenere la funzionalizzazione chimica desiderata occorre impostare i parametri di plasma più conservativi: la radiofrequenza del Plasma Jet regolata in modalità impulsata genera un plasma sicuro per i gruppi funzionali del precursore. Grazie all’interfaccia intuitiva dell’unità di controllo, è possibile variare i tempi di ON e di OFF del plasma, in modo da ottenere un plasma impulsato ad alta densità di ioni ed elettroni e a bassa temperatura, con un’elevata efficienza di deposizione anche su substrati dielettrici, e consentendo allo stesso tempo di mantenere le funzionalità chimiche dei precursori.
I risultati dello studio hanno dimostrato che, grazie ad una tecnologia ibrida di stampa 3D FFF/Plasma Jet, è possibile ottenere gradienti composizionali, su scaffold ossei stampati 3D per imitare meglio i tessuti. Inoltre è stata dimostrata la capacità di aumentare le proprietà meccaniche e di migliorare selettivamente l’adesione cellulare all’interno dello scaffold osseo.
