Cientistas cultivam metal ao invés de imprimir em 3D — e é 20x mais resistente.
A Impressão 3D por Fotopolimerização a Laser A fotopolimerização Vat é um tipo de impressão 3D que envolve o despejo de uma resina líquida reativa à luz em um recipiente e, em seguida, a solidificação de áreas específicas com um laser ou luz ultravioleta para criar uma forma. No entanto, como esse método funciona apenas…
A Impressão 3D por Fotopolimerização a Laser
A fotopolimerização Vat é um tipo de impressão 3D que envolve o despejo de uma resina líquida reativa à luz em um recipiente e, em seguida, a solidificação de áreas específicas com um laser ou luz ultravioleta para criar uma forma. No entanto, como esse método funciona apenas com polímeros sensíveis à luz, suas aplicações práticas são limitadas.
Desenvolvimentos Recentes em Materiais
Alguns pesquisadores desenvolveram técnicas para transformar esses polímeros impressos em materiais mais fortes, como metais e cerâmicas, mas Daryl Yee, que lidera o Laboratório de Química de Materiais e Fabricação na Escola de Engenharia da EPFL, afirma que esses métodos possuem falhas significativas. “Esses materiais tendem a ser porosos, o que reduz significativamente sua resistência, e as peças sofrem de encolhimento excessivo, o que causa deformação,” diz ele.
Uma Nova Abordagem
Para resolver esses problemas, Yee e sua equipe introduziram uma nova abordagem, descrita em seu artigo publicado na Advanced Materials. Em vez de endurecer uma resina já misturada com compostos metálicos, os pesquisadores primeiro imprimem em 3D uma estrutura de moldura usando um gel à base de água conhecido como hidrogel. Em seguida, eles mergulham essa estrutura “em branco” em sais metálicos, que são quimicamente convertidos em nanopartículas metálicas que se espalham por todo o gel. Repetir esse processo várias vezes permite criar compósitos com um conteúdo metálico muito alto.
Após 5 a 10 desses “ciclos de crescimento”, o hidrogel restante é removido através do aquecimento, deixando para trás um objeto denso de metal ou cerâmica que corresponde precisamente à forma do gel impresso original. Como os sais metálicos são adicionados somente após a impressão, o mesmo molde de hidrogel pode ser usado para fazer uma variedade de metais, cerâmicas ou materiais compósitos diferentes.
“Nosso trabalho não apenas possibilita a fabricação de metais e cerâmicas de alta qualidade com um processo de impressão 3D acessível e de baixo custo; também destaca um novo paradigma na manufatura aditiva, onde a seleção do material ocorre após a impressão 3D, e não antes,” resume Yee.
Arquiteturas 3D Avançadas
Para seu estudo, a equipe fabricou formas de rede matemática intrincadas chamadas de gyroids a partir de ferro, prata e cobre, demonstrando a capacidade de sua técnica de produzir estruturas complexas e fortes. Para testar a resistência de seus materiais, eles usaram um dispositivo chamado máquina de testes universal para aplicar pressão crescente aos gyroids.
“Nossos materiais puderam suportar 20 vezes mais pressão em comparação com os produzidos por métodos anteriores, enquanto apresentavam apenas 20% de encolhimento em vez de 60-90%,” diz o estudante de doutorado e primeiro autor Yiming Ji.
Os cientistas afirmam que sua técnica é especialmente interessante para a fabricação de arquiteturas 3D avançadas que devem ser simultaneamente fortes, leves e complexas, como sensores, dispositivos biomédicos ou dispositivos para conversão e armazenamento de energia. Por exemplo, catalisadores metálicos são essenciais para permitir reações que convertem energia química em eletricidade. Outras aplicações podem incluir metais de alta área superficial com propriedades de resfriamento avançadas para tecnologias de energia.
Futuro da Pesquisa
Olhando para o futuro, a equipe está trabalhando na melhoria de seu processo para facilitar a adoção pela indústria, notavelmente aumentando ainda mais a densidade de seus materiais. Outro objetivo é a velocidade: as etapas de infusão repetida, embora essenciais para produzir materiais mais fortes, tornam o método mais demorado em comparação com outras técnicas de impressão 3D para converter polímeros em metais. “Já estamos trabalhando para reduzir o tempo total de processamento usando um robô para automatizar essas etapas,” diz Yee.
