Cientistas da Heriot-Watt University, em Edimburgo, desenvolveram uma técnica avançada de impressão 3D que tem potencial para impactar significativamente a indústria manufatureira. O grupo, liderado pelo Dr. Jose Marques-Hueso, do Instituto de Sensores, Sinais e Sistemas, criou um novo método de impressão 3D que usa luz infravermelha (NIR) para criar estruturas complexas contendo vários materiais e cores.
Os cientistas conseguiram isso modificando a estereolitografia para ultrapassar os limites da integração multimaterial. Uma impressora 3D convencional normalmente aplicaria um laser azul ou UV a uma resina líquida que é solidificada seletivamente para construir um objeto desejado. No entanto, as limitações da mistura de materiais provaram ser uma desvantagem.
Por meio desse projeto, os cientistas usam uma fonte de luz NIR capaz de imprimir em profundidades muito maiores na cuba de resina – sem a necessidade de imprimir em camadas. As descobertas trazem grandes oportunidades para a indústria – particularmente aquelas que dependem de peças especializadas, como nos setores de saúde e elétrico.
“A novidade do nosso novo método, que nunca foi feito antes, é usar as janelas de invisibilidade NIR dos materiais para imprimir a uma profundidade superior a 5 cm, enquanto a tecnologia convencional tem um limite de profundidade em torno de 0,1 mm. Isso significa que você pode imprimir com um material e depois adicionar um segundo material, solidificando-o em qualquer posição do espaço 3D, e não apenas em cima das superfícies externas”, disse o Dr. Marques-Hueso.
“Por exemplo, podemos imprimir um cubo oco que é praticamente selado em todos os lados. Podemos então voltar mais tarde e imprimir um objeto, feito de um material totalmente diferente, dentro desta caixa, porque o laser NIR vai penetrar no material anterior como se fosse invisível, porque, de fato, é completamente transparente no NIR .”,disse o Dr. Marques-Hueso.
“A tecnologia Fused Deposition Modeling (FDM) já era capaz de misturar materiais, mas o FDM tem uma resolução baixa, onde as camadas são visíveis, enquanto as tecnologias baseadas em luz, como a estereolitografia, podem fornecer amostras suaves com resoluções abaixo de cinco micrômetros”, disse Dr. Adilet Zhakeyev, um Ph.D. pesquisador da Heriot-Watt University, que trabalhou no projeto por quase três anos.
Revolucionando a impressão 3D
De acordo com a Heriot-Watt University, um componente-chave do projeto foi o desenvolvimento de resinas de engenharia que contêm nanopartículas exibindo o fenômeno de upconversion óptico. Essas nanopartículas absorvem os fótons NIR e os transformam em fótons azuis, que solidificam a resina. Esta ocorrência é ‘não linear’ – o que significa que pode obter os fótons azuis principalmente no foco do laser, e não no caminho através dele. Por esse motivo, o NIR pode penetrar profundamente no material como se fosse transparente e solidificar apenas o material interno.
O novo método de impressão 3D permite que vários materiais, com diferentes propriedades, sejam impressos na mesma amostra – por exemplo, elastômeros flexíveis e acrílico rígido, que são úteis para muitos negócios, como a produção de calçados. A técnica abre uma infinidade de novas possibilidades, incluindo impressão 3D de objetos dentro de cavidades, restauração de objetos quebrados e até bioimpressão in situ através da pele.
“No mesmo projeto de pesquisa, desenvolvemos anteriormente uma resina que pode ser revestida seletivamente com cobre”, disse o Dr. Marques-Hueso. “Combinando as duas tecnologias, agora podemos imprimir em 3D com duas resinas diferentes e cobrir seletivamente apenas uma delas em cobre usando um simples banho de solução de revestimento. Dessa forma, podemos criar circuitos integrados em 3D, o que é muito útil para a indústria eletrônica.”
Apesar desta tecnologia oferecer um vislumbre empolgante do futuro, os custos são surpreendentemente baixos. De acordo com o Dr. Marques-Hueso, “Uma clara vantagem desta técnica é que a máquina completa pode ser construída por menos de £400. Algumas outras tecnologias avançadas que usam lasers, como a polimerização de dois fótons (2PP), exigem lasers ultrarrápidos caros da ordem de dezenas de milhares de libras, mas esse não é o nosso caso porque nossos materiais especializados permitem o uso de lasers baratos… Agora que temos resultados para apoiar nossas reivindicações, esperamos fazer parcerias com empresas e desenvolver ainda mais essa tecnologia.”
O projeto, intitulado ‘Multimaterial Stereolithography by Crosslinking through Luminescence Excitation‘, recebeu £ 280.000 de financiamento do Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC). Suas descobertas foram publicadas na Applied Materials Today . Para saber mais sobre a nova tecnologia acesse o site.
