Uma equipe conjunta de pesquisadores internacionais revelou sua mais recente conquista: um método de impressão 3D que permite que objetos impressos se transformem permanentemente em diferentes formas quando expostos ao calor. A nova técnica, um tipo de impressão 4D, foi o resultado de pesquisas conduzidas pelo Instituto de Tecnologia da Geórgia nos Estados Unidos, pela Universidade de Tecnologia e Design de Singapura (SUTD) e pela Universidade de Xi’an Jiaotong, na China.

A impressão 4D, que introduz o elemento de tempo e movimento na impressão 3D, está em desenvolvimento há algum tempo, com pesquisadores de todo o mundo desenvolvendo vários materiais imprimíveis diferentes que podem mudar de forma uma vez expostos a elementos como água e calor. Grande parte da pesquisa de impressão 4D existente tem contado com o uso de hidro géis, que são incrivelmente suaves, tornando difícil para eles manter a sua forma uma vez que eles se transformaram.

Com a nova pesquisa da Georgia Tech, SUTD e Xi’an Jiaotong, no entanto, agora parece ser possível criar objetos impressos 3D que podem transformar permanentemente, marcando um passo significativo para a tecnologia de impressão 4D. A pesquisa foi publicada recentemente na revista Science Advances sob o título “Impressão direta 4D através de materiais compósitos ativos”.

O processo de impressão 4D consiste em camadas de impressão 3D de polímeros de memória de forma (SMPs), com cada camada essencialmente programada para reagir de maneira diferente quando exposta ao calor. Os SMPs, para aqueles que não são familiares, são polímeros inteligentes que são projetados para “lembrar” a sua forma original e mudar de forma para uma forma predeterminada quando o calor é aplicado. Um estudo prévio da equipe de pesquisa lidando com SMPs foi capaz de fazer objetos que poderiam dobrar em si usando dobradiças.

Jerri Qi, professor da Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff da Georgia Tech, disse sobre o novo método: “Esta nova abordagem simplifica e aumenta significativamente o potencial da impressão 4D, incorporando a etapa de pós-processamento da programação mecânica diretamente no Processo de impressão 3D. Isso permite que os componentes impressos em 3D de alta resolução sejam projetados por simulação computacional, impressos em 3D e, em seguida, rapidamente transformados em novas configurações permanentes por simples aquecimento “.

Para demonstrar a nova técnica de impressão em 3D, a equipe de pesquisa fabricou vários objetos transformáveis ​​diferentes, incluindo uma flor bastante complexa cujas pétalas se contraem e dobram quando expostas à água quente e uma estrutura de rede que pode se expandir até quase oito vezes seu tamanho original Quando colocados na mesma água.

“Nossos materiais compostos à temperatura ambiente têm um material que é macio, mas pode ser programado para conter o estresse interno, enquanto o outro material é rígido”, explicou Zhen Ding, um pesquisador pós-doutorado no SUTD. “Usamos simulações computacionais para projetar componentes compósitos onde o material rígido tem uma forma e tamanho que impede a liberação do estresse interno programado a partir do material macio após a impressão 3D.Quando o aquecimento do material rígido amolece e permite que o material macio para liberar seu estresse E isso resulta em uma mudança – muitas vezes dramática – na forma do produto. ”

Como visto nos vídeos de demonstração, as transformações para os objetos impressos 3D é notavelmente rápido, levando apenas cerca de cinco segundos para ser concluído – muito mais rápido que as técnicas anteriores de impressão em hidrogel 4D. Os pesquisadores ainda têm algum grau de controle sobre a forma final transformada, pois é controlado através de vários parâmetros de impressão que são implementados.

Enquanto o processo ainda está em seus estágios iniciais, a tecnologia não é promissor para uma série de diferentes aplicações. Por exemplo, objetos impressos 4D podem ser extremamente úteis para criar estruturas compactas empilhadas ou enroladas, que podem ser enviadas facilmente e depois expandidas quando necessárias. A equipe de pesquisa ainda diz que um dia seria possível ter objetos reagem a diferentes tipos de estímulos, como luz, ou mesmo eletricidade.

Martin L. Dunn, professor do SUTD, disse que a técnica “promete possibilitar uma miríade de aplicações em dispositivos biomédicos, eletrônicos 3D e produtos de consumo”, acrescentando que “até abre a porta para um novo paradigma no design do produto, onde os componentes são Projetado desde o início para habitar configurações múltiplas durante o serviço. ”

Fonte: 3ders.org

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