A impressão 3D Business Media vem acompanhando os esforços para trazer a tecnologia de impressão 3D volumétrica ao mercado há algum tempo. Parece que estamos em um período muito emocionante – vendo muitos avanços tecnológicos nesta nova técnica. A Manufatura Aditiva Volumétrica (VAM), apresentada como uma “técnica de impressão 3D quase instantânea”, elimina a necessidade das estruturas de suporte normalmente necessárias para criar projetos complexos com métodos de impressão mais padronizados e pode facilitar a impressão de projetos cada vez mais complexos, economizando tempo e materiais.
Impressão 3D volumétrica com vidro
Entre os esforços mais recentes Usando uma nova abordagem VAM baseada em laser, pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory e da Universidade da Califórnia, Berkeley demonstraram a capacidade de imprimir em 3D objetos microscópicos em vidro de sílica, parte de um esforço para produzir óptica delicada e sem camadas que pode ser construído em segundos ou minutos. Os resultados são relatados na última edição da revista Science.
Apelidado de ‘The Replicator‘, após o dispositivo fictício em Star Trek que pode fabricar instantaneamente quase qualquer objeto, a tecnologia de litografia axial computadorizada (CAL) desenvolvida por LLNL e UC Berkeley é inspirada nos métodos de imagem de tomografia computadorizada (TC). A CAL funciona computando projeções de vários ângulos por meio de um modelo digital de um objeto alvo, otimizando essas projeções computacionalmente e, em seguida, entregando-as em um volume rotativo de resina fotossensível usando um projetor de luz digital.
Ao longo do tempo, os padrões de luz projetados reconstroem, ou constroem, uma distribuição de dose de luz 3D no material, curando o objeto em pontos que excedem um limite de luz enquanto a cuba de resina gira. Em uma configuração de impressão 3D volumétrica ideal,
Combinando uma nova técnica de VAM em microescala chamada micro-CAL, que usa um laser em vez de uma fonte de LED, com uma resina de vidro nanocomposta desenvolvida pela empresa alemã Glassomer e pela Universidade de Freiburg, pesquisadores da UC Berkeley relataram a produção de , objetos de vidro de microestrutura complexa com uma rugosidade de superfície de apenas seis nanômetros com características até um mínimo de 50 mícrons.
O professor associado de engenharia mecânica da UC Berkeley, Hayden Taylor, investigador principal do projeto, disse que o processo micro-CAL, que produz uma dose mais alta de luz e cura objetos 3D mais rapidamente e com maior resolução, combinado com as resinas nanocompostas caracterizadas no LLNL provaram uma “combinação perfeita um para o outro”, criando “resultados impressionantes na força dos objetos impressos”.
“Os objetos de vidro tendem a quebrar mais facilmente quando contêm mais falhas ou rachaduras ou têm uma superfície áspera”, disse Taylor. “A capacidade da CAL de fazer objetos com superfícies mais lisas do que outros processos de impressão 3D é, portanto, uma grande vantagem potencial.”
“Você pode imaginar tentar criar essas pequenas micro-óticas e microarquiteturas complexas usando técnicas de fabricação padrão; realmente não é possível”, disse a coautora do LLNL, Caitlyn Krikorian Cook, líder de grupo e engenheira de polímeros da Divisão de Engenharia de Materiais do Laboratório, “E ser capaz de imprimir pronto para uso sem ter que fazer técnicas de polimento economiza um quantidade de tempo. Se você pode eliminar as etapas de polimento após a formação da óptica – com baixa rugosidade – você pode imprimir uma peça pronta para uso.”
Cook e os pesquisadores da UC Berkeley disseram que o vidro impresso com VAM pode impactar dispositivos de vidro sólido com características microscópicas, produzir componentes ópticos com mais liberdade geométrica e em velocidades mais altas e potencialmente permitir novas funções ou produtos de baixo custo.
As aplicações do mundo real podem incluir micro-óptica em câmeras de alta qualidade, eletrônicos de consumo, imagens biomédicas, sensores químicos, fones de ouvido de realidade virtual, microscópios avançados e microfluídica com geometrias 3D desafiadoras, como aplicações de ‘laboratório em um chip’, onde canais microscópicos são necessários para diagnósticos médicos, estudos científicos fundamentais, fabricação de nanomateriais e triagem de medicamentos. Além disso, as propriedades benignas do vidro se prestam bem aos biomateriais, ou em casos de alta temperatura ou resistência química, acrescentou Cook.
Geleia volumétrica de conversão ascendente
Em outras notícias da Universidade, Dan Congreve, professor assistente de engenharia elétrica em Stanford e ex-Rowland Fellow no Rowland Institute da Universidade de Harvard, e seus colegas desenvolveram uma maneira de imprimir objetos 3D dentro de um volume estacionário de resina. O objeto impresso é totalmente suportado pela resina espessa (imagine uma figura de ação flutuando no centro de um bloco de gelatina) para que possa ser adicionado de qualquer ângulo – eliminando a necessidade de estruturas de suporte. O relatório sobre este tipo de sistema de impressão 3D volumétrico foi publicado na revista Nature.
A abordagem do recipiente de gelatina não é totalmente nova, com o MIT e a BMW trabalhando em outra tecnologia semelhante para a produção de peças de uretano. O componente-chave no novo design de impressão 3D volumétrica dos pesquisadores de Harvard é transformar a luz vermelha em luz azul, adicionando o que é conhecido como processo de conversão ascendente à resina, o líquido reativo à luz usado em impressoras 3D que endurece em plástico.
O laboratório de Congreve é especializado na conversão de um comprimento de onda de luz para outro usando conversão ascendente de fusão tripla. Com as moléculas certas próximas umas das outras, os pesquisadores podem criar uma cadeia de transferências de energia que, por exemplo, transforma fótons vermelhos de baixa energia em azuis de alta energia.
“Eu me interessei por essa técnica de conversão ascendente na pós-graduação”, disse Congreve. “Tem todos os tipos de aplicações interessantes em energia solar, bio e agora essa impressão 3D. Nossa verdadeira especialidade está nos próprios nanomateriais – projetando-os para emitir o comprimento de onda certo de luz, para emiti-lo com eficiência e para ser disperso em resina”.
Por meio de uma série de etapas (que incluíam enviar alguns de seus materiais para girar em um liquidificador Vitamix), Congreve e seus colegas foram capazes de formar as moléculas de upconversion necessárias em gotículas de nanoescala distintas e revesti-las em um invólucro de sílica protetora. Em seguida, eles distribuíram as nanocápsulas resultantes, cada uma delas 1000 vezes menor que a largura de um fio de cabelo humano, por toda a resina.
“Descobrir como tornar as nanocápsulas robustas não foi trivial – uma resina de impressão 3D é realmente muito dura”, disse Tracy Schloemer, pesquisadora de pós-doutorado no laboratório de Congreve e uma das principais autoras do artigo. “E se essas nanocápsulas começarem a desmoronar, sua capacidade de fazer upconversion desaparece. Todo o seu conteúdo se espalha e você não consegue as colisões moleculares de que precisa.”
Na impressão 3D, a resina endurece em uma linha reta e plana ao longo do caminho da luz. Aqui, os pesquisadores usam nanocápsulas para adicionar produtos químicos para que ele reaja apenas a um certo tipo de luz – uma luz azul no ponto focal do laser que é criada pelo processo de conversão ascendente. Este feixe é escaneado em três dimensões, então ele é impresso dessa maneira sem precisar ser colocado em camadas em algo. A resina resultante tem uma viscosidade maior do que no método tradicional, de modo que pode ficar livre de suporte depois de impressa.
“Nós projetamos a resina, projetamos o sistema para que a luz vermelha não faça nada”, disse Congreve. “Mas aquele pequeno ponto de luz azul desencadeia uma reação química que faz a resina endurecer e se transformar em plástico. Basicamente, o que isso significa é que você tem esse laser passando por todo o sistema e somente nesse pequeno azul você obtém a polimerização, [só lá] você faz a impressão acontecer. Nós apenas digitalizamos esse ponto azul em três dimensões e em qualquer lugar que o ponto azul atinge, ele polimeriza e você obtém sua impressão 3D.”
Os pesquisadores, que incluíram Christopher Stokes, do Rowland Institute, planejam continuar desenvolvendo o sistema para aumentar a velocidade e refiná-lo para imprimir detalhes ainda mais sutis. O potencial da impressão 3D volumétrica é visto como um divisor de águas, pois eliminará a necessidade de estruturas de suporte complexas e acelerará drasticamente o processo quando atingir todo o seu potencial. A tecnologia está em constante aprimoramento e muito em breve isso será possível, enquanto isso para saber mais sobre a impressão leia a matéria completa no site.
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