De acordo com a Universidade do Texas em Austin (UT Austin), pesquisadores — inspirados pela forma como a natureza mistura resistência e flexibilidade, como a estrutura rígida do osso cercada por cartilagem flexível, tudo com propriedades geométricas elegantes e precisas — desenvolveram um novo método de impressão 3D rápido e preciso que funde perfeitamente propriedades macias e duras em um único objeto usando diferentes cores de luz.
Esse avanço pode abrir caminho para próteses de última geração, dispositivos médicos flexíveis e eletrônicos extensíveis que se movem naturalmente com o corpo, como uma articulação ou ligamento humano. O processo é descrito em um artigo publicado na Nature Materials.
“O que realmente motivou a mim e ao meu grupo de pesquisa foi observar os materiais na natureza”, disse Zak Page, professor assistente de química na UT Austin e autor correspondente. “A natureza faz isso de forma orgânica, combinando materiais duros e macios sem falhas na interface. Queríamos replicar isso.”
Um artigo relacionado publicado na ACS Central Science por Page e outros autores descreve um trabalho adjacente, que os editores do periódico elogiaram em um comentário “First Reactions”, dizendo que o trabalho representa “o futuro da impressão 3D” e mostra “como a luz ─ não apenas como uma ferramenta para curar resina, mas como um escultor finamente ajustado ─ pode impulsionar a próxima geração de manufatura aditiva”.
“Essa abordagem pode tornar a manufatura aditiva mais competitiva para a produção em larga escala em comparação com processos tradicionais como a moldagem por injeção. Tão importante quanto isso, ela abre novas possibilidades de design”, disse Keldy Mason, principal autora deste último estudo e aluna de pós-graduação no laboratório de Page. “Isso dá a engenheiros, designers e fabricantes mais liberdade para criar.”
Um dos maiores desafios na criação de objetos com propriedades físicas tão diferentes é que os materiais tendem a falhar na interface, ou seja, no ponto de contato. Pense em como a sola de borracha de um tênis de corrida se separa com o tempo da malha mais macia que a cobre.
O novo método de impressão 3D utiliza uma resina líquida personalizada e um sistema de impressão de luz dupla que ativa diferentes reações químicas dependendo da cor da luz utilizada. Ao emitir luz violeta, a resina cura, transformando-se em um material elástico, semelhante à borracha. Mas, em áreas atingidas por luz ultravioleta de alta energia, ela se torna rígida e resistente. O resultado é um objeto com zonas distintas de maciez e dureza, criado em uma única impressão.
“Construímos uma molécula com ambos os grupos reativos para que nossas duas reações de solidificação pudessem ‘conversar’ na interface”, disse Page. “Isso nos dá uma conexão muito mais forte entre as partes moles e duras, e pode haver uma transição gradual, se quisermos.”
A equipe da Universidade do Texas em Austin demonstrou o sistema imprimindo uma articulação de joelho pequena, porém funcional, com ligamentos flexíveis e ossos rígidos que se movem suavemente. Eles também criaram um protótipo de dispositivo eletrônico extensível com um fio de ouro montado em uma tira que podia se dobrar e esticar em algumas partes, mas com uma seção mais rígida para evitar a ruptura do circuito.
“Honestamente, o que mais me surpreendeu foi o quão bem funcionou na primeira tentativa. Isso quase nunca acontece com resinas de impressão 3D”, disse Page. “Também ficamos chocados com a diferença nas propriedades. As partes macias esticaram como um elástico e retornaram. As partes duras eram tão resistentes quanto os plásticos usados em produtos de consumo.”
O processo também funciona mais rápido e com melhor resolução do que as abordagens anteriores. A configuração da impressora é relativamente simples e acessível, e a tecnologia pode, portanto, se tornar acessível a pesquisadores, hospitais e educadores.
“Poderia ser usado para prototipar modelos cirúrgicos, sensores vestíveis ou até mesmo robôs macios“, disse Page. “Há muito potencial aqui”. Para saber mais sobre os materiais acesse o site.
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