Escrever sobre “Impressão 4D” talvez pareça estranho em um primeiro momento, principalmente porque o “boom” da impressão 3D vem acontecendo nos últimos anos. Expansão do mercado, qualificação profissional, novas tecnologias e materiais para Impressão 3D é o que mais ouvimos falar ultimamente.
Entretanto, acredito ser interessante falar sobre este tema, se pensarmos nas aplicações e potencial que esta tecnologia pode proporcionar.
Mas antes de começar, uma pergunta:
Você já ouviu falar sobre Impressão 4D?
O que é impressão 4D?
De forma simples, pode-se dizer que é a impressão 3D com uma nova dimensão: o tempo. Ou seja, é a impressão 3D que se transforma ao longo do tempo!
De forma mais detalhada: é um processo de manufatura aditiva, de um ou mais materiais, onde o objeto produzido é capaz de alterar suas dimensões, através de estímulos físicos, químicos, biológicos etc.
E uma definição mais formal:
“A impressão 4D é a evolução na forma, propriedade e funcionalidade de uma estrutura impressa em 3D com o tempo quando ela é exposta ao calor, luz, água, pH etc”.
Abaixo é apresentado um diagrama que mostra os fatores responsáveis pela impressão 4D: processos de impressão (tradicionais, que já são conhecidos), materiais inteligentes, estímulos, mecanismos de interação e modelagem matemática.
A impressão 4D é apenas uma tendência ou uma realidade?
O gráfico de Gartner é interessante para mostrar a evolução da impressão 4D e comparar com outras tecnologias emergentes. Com isto, é possível entender como a tecnologia de impressão 4D está posicionada e alinhada com as tendências e projeções de negócios.
Como apresentado no gráfico, a impressão 4D ainda está na fase inicial, com expectativa no aumento da pesquisa e desenvolvimento (P&D) para os próximos 10 anos.
Outro indicador importante o qual mostra que este tema que vem crescendo é quando avalia-se o número de publicações e citações. A figura abaixo, do artigo “4D printing: Fundamentals, materials, applications and challenges”, mostra esta tendência. Em 2011 foram 1392 publicações e, em 2019, foram 7031!
Como funciona a impressão 4D?
O processo é semelhante ao da impressão 3D:
Uma impressora vai depositando, camada por camada, o material, até chegar ao formato desejado.
O grande diferencial desta tecnologia é justamente o material, que é, em geral, um hidrogel ou polímero com memória de forma. As propriedades destes materiais que vão permitir a mudança de forma da peça produzida.
Na impressão 3D a peça final é estática, predominando sua rigidez. Já na impressão 3D, a peça ao receber um estímulo, apresenta uma estrutura dinâmica inteligente.
Materiais
Os materiais utilizados na impressão 4D são chamados de materiais inteligentes, pois tem a capacidade de mudar suas propriedades ao longo do tempo. Além da mudança de formato, estes materiais também podem mudar de cor quando exposto a raio UV, por exemplo.
Os materiais conhecidos como hidrogéis possuem capacidade de promover mudanças quando em contato com água ou umidade, podendo expandir até 200% do seu volume original. São altamente compatíveis e formado pode uma rede de cadeias poliméricas.
Os materiais que respondem aos estímulos de temperatura são os termo-responsivos. São classificados como polímeros com memória de forma, ligas com memória de forma, cerâmicas com memória de forma e géis com memória de forma.
Para outros estímulos existem outros tipos de materiais usados: foto-responsivos (sofrem estímulo da luz), eletro-responsivos (sofrem estímulos da energia elétrica), magneto-responsivo (sofrem estímulos de campos magnéticos), entre outros.
Aplicações potenciais para Impressão 4D
- Móveis dobráveis (com automontagem)
- Stents: Imagine se os stents pudessem percorrer seu corpo e, quando chegasse ao destino, tomariam a forma final desejada?
- Roupas que mudam de cor e formato: ao praticar esporte, os seus sapatos e roupas poderiam oferecer maior conforto e amortecimento;
- Automontagem de satélites e aeronaves no espaço.
Desafios Futuros
Por ser ainda um novo campo de pesquisa, a impressão 4D ainda tem muitos desafios para serem superados. Os principais são voltados a tecnologia, material e design (projeto).
Em relação a tecnologia, é necessário ainda um avanço nos equipamentos de impressão para que os materiais inteligentes possam ser fabricados sem grandes problemas, devido a sensibilidade destes materiais.
Quanto aos materiais, é necessário avançar as pesquisas para descobrir novos materiais inteligentes que possam ser impressos sem os desafios de degradação que possuem atualmente, assim como uma melhor “interação” com os equipamentos de impressão.
Por fim, o projeto destas estruturas inteligentes, para fabricação e depois funcionamento conforme desejado, é outro desafio, pensando nesta nova forma de peças a serem utilizadas nas diversas aplicações, com os mais variados estímulos existentes.
Uma estimativa de mercado é que a impressão 4D pode alcançar, já em 2025, um valor global de US$ 540 milhões.
Será? Vamos acompanhar!
Para quem quiser ler o artigo “4D printing: Fundamentals, materials, applications and challenges” ele está disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386121005498
Grande abraço!
Luan Saldanha.
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