De acordo com a Oregon State University, pesquisadores desenvolveram uma nova abordagem de impressão 3D para materiais que mudam de forma, que são comparados a músculos – abrindo o potencial para aplicações aprimoradas em robótica, biomédica e indústrias de energia. As estruturas de elastômero líquido cristalino (LCE) impressas por Devin Roach da OSU College of Engineering e colaboradores podem rastejar, dobrar e estalar diretamente após a impressão.
“LCEs são basicamente motores macios”, disse Roach, professor assistente de engenharia mecânica. “Como são macios, diferentemente dos motores comuns, eles funcionam muito bem com nossos corpos inerentemente macios. Então, eles podem ser usados como dispositivos médicos implantáveis, por exemplo, para administrar medicamentos em locais específicos, como stents para procedimentos em áreas específicas ou como implantes uretrais que ajudam na incontinência.”
Elastômeros cristalinos líquidos são redes de polímeros levemente reticulados que são capazes de mudar de forma significativamente mediante exposição a certos estímulos, como calor. Eles podem ser usados para transferir energia térmica, como do sol ou correntes alternadas, em energia mecânica que pode ser armazenada e usada sob demanda.
“Robôs flexíveis incorporando LCEs poderiam explorar áreas que são inseguras ou impróprias para humanos irem”, disse Roach. “Eles também demonstraram ser promissores na indústria aeroespacial como atuadores para sistemas automatizados, como aqueles para grappling no espaço profundo, implantação de radar ou exploração extraterrestre.”
Apoiando a utilidade funcional dos elastômeros cristalinos líquidos está sua mistura de anisotropia e viscoelasticidade. Anisotropia se refere à propriedade de ser direcionalmente dependente, como a madeira é mais forte ao longo do grão do que transversalmente, e os materiais viscoelásticos são viscosos – como o mel, que resiste ao fluxo e se deforma lentamente sob estresse – e elásticos, retornando à sua forma original quando o estresse é removido, como a borracha. Os materiais viscoelásticos se deformam lentamente e se recuperam gradualmente.
As propriedades de mudança de forma do LCE dependem do alinhamento das moléculas dentro dos materiais. Roach e colaboradores da Universidade Harvard, da Universidade do Colorado, Sandia e dos laboratórios nacionais Lawrence Livermore descobriram uma maneira de alinhar as moléculas usando um campo magnético durante um tipo de DLP.
“Alinhar as moléculas é a chave para desbloquear o potencial total dos LCEs e permitir seu uso em aplicações avançadas e funcionais”, disse Roach. “Nosso trabalho abre novas possibilidades para criar materiais avançados que respondem a estímulos de maneiras úteis, potencialmente levando a inovações em vários campos.”
Roach e os outros pesquisadores variaram a força do campo magnético e estudaram como ele e outros fatores, como a espessura de cada camada impressa, afetavam o alinhamento molecular. Isso permitiu que eles imprimissem formas complicadas de elastômeros líquidos cristalinos que mudam de maneiras específicas quando aquecidos.
O estudo, publicado na Advanced Materials, foi apoiado pela National Science Foundation e pelo Air Force Office of Scientific Research.
Em pesquisa relacionada publicada na Advanced Engineering Materials, Roach liderou uma equipe de estudantes e colaboradores da Oregon State University na Sandia, Lawrence Livermore e Navajo Technical University na exploração do potencial de amortecimento mecânico de elastômeros líquidos cristalinos.
Amortecimento mecânico refere-se à redução ou dissipação da energia de vibrações ou oscilações em sistemas mecânicos, incluindo amortecedores automotivos, amortecedores sísmicos que ajudam a proteger edifícios de terremotos e amortecedores de vibração em pontes que minimizam oscilações causadas pelo vento ou veículos motorizados.
Os alunos da OSU Adam Bischoff, Carter Bawcutt Maksim Sorkin e outros pesquisadores demonstraram que a impressão 3D com escrita direta a tinta pode produzir dispositivos de amortecimento mecânico que dissipam energia de forma eficaz em uma ampla faixa de taxas de carga. Para saber mais sobre os elastômeros acesse o site.
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