De acordo com o RIT, pesquisadores estão desenvolvendo materiais autorreparadores para aprimorar produtos impressos em 3D, tornando-os mais fortes e resilientes. Christopher Lewis e membros de sua equipe de pesquisa desenvolveram uma solução fotopolimérica sensível a estímulos – resinas líquidas com textura semelhante à supercola – que, uma vez impressa, apresenta a capacidade de autorreparar quando danificada.
Atualmente, há muito interesse em materiais que podem se regenerar ou se autorreparar. Na impressão 3D, a capacidade de construir peças mais confiáveis com essas ações de regeneração pode beneficiar diversos setores e gerar economia de custos. As empresas podem confiar mais na resistência dos materiais utilizados em equipamentos de alta precisão, como eletrônica impressa, robótica leve ou próteses para as áreas aeroespacial, automotiva e biomédica.
“Quando você quebra um osso ou se corta, presumimos que existe um mecanismo de autorreparação que permite que os ossos ou a pele se rejuvenesçam, pelo menos até certo ponto”, disse Lewis, professor associado e Professor Adjunto Russell C. McCarthy na Faculdade de Tecnologia de Engenharia do RIT. “Também aprendemos que isso não se aplica a materiais sintéticos ou objetos feitos pelo homem. E nosso trabalho com materiais autorreparadores é uma visão futurista de como podemos desenvolver sistemas que imitem essas propriedades naturais dos materiais.”
Com o tempo, objetos impressos em 3D podem rachar, principalmente aqueles utilizados em aplicações de suporte de carga. Isso é agravado pelo fato de muitos dos materiais utilizados na impressão 3D serem inerentemente frágeis. Sem intervenção, as estruturas podem falhar. A equipe descobriu que a combinação de um agente termoplástico com uma resina curável por ultravioleta permite um processo de impressão 3D mais resistente, ao mesmo tempo que cria uma mistura que reforça as áreas rachadas.
“Isso torna o material muito mais resistente do que costumava ser. Um dos problemas com esses materiais macios e elastoméricos é que eles são tradicionalmente fracos. E também gera outro tipo de propriedade – o comportamento de memória de forma, e estamos apenas começando a concentrar nossos esforços em compreender melhor esse comportamento”, disse Lewis.
Na vanguarda desse trabalho por vários anos, Lewis recebeu financiamento do Departamento de Defesa dos EUA e fez parceria com cientistas do Centro AMPrint do RIT para testar como materiais autorreparadores complementam os processos de impressão 3D. Ele e os coautores Vincent Mei e Kory Schimmelpfennig, alunos de doutorado do RIT, detalharam o trabalho em diversos periódicos, incluindo o ACS Applied Polymer Materials.
Os desafios, disse ele, estão em regular a viscosidade da resina reativa e garantir que todos os materiais sejam solúveis e sensíveis à luz.
“A abordagem que adotamos é uma mistura de duas coisas diferentes. Temos nosso polímero termofixo fotorreativo que, uma vez curado, se transforma em uma borracha macia. A isso, também adicionamos um agente de cura termoplástico. Conseguimos fazer a luz passar pelo sistema e conseguimos isso utilizando a separação de fases induzida por polimerização (PIPS). É um processo em que os materiais termofixo e termoplástico se separam durante a cura”, disse ele. “Isso é fundamental para tudo isso.”
O PIPS é uma função única e segmentada, em que um líquido opticamente transparente permite a passagem da luz. Ao curar a resina UV, a fase termoplástica se separa. Lewis comparou essa estrutura final de fase separada a uma lâmpada de lava que muda conforme é acesa ou aquecida. É semelhante aos polímeros que se transformam à medida que são integrados à impressão 3D, à medida que cada camada é curada.
“Trabalhos anteriores com misturas de polímeros termoplásticos que podem ser processadas usando técnicas convencionais, como moldagem por injeção ou extrusão, sugeriram que era essa separação de fases que parecia estar impulsionando o comportamento de autorreparação desses sistemas. Essa compreensão nos levou a esse caminho de experimentação com esse mesmo agente de cura e sistema polimérico fotorreativo e, então, um pouco de sorte”, disse Lewis. Para saber mais sobre o material, acesse o site.
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