Engenheiros da UW – Madison imprimem com sucesso em 3D em gravidade zero

De acordo com a Universidade de Wisconsin-Madison (UW-Madison), os pesquisadores deram um passo em direção à fabricação de componentes eletrônicos de reposição no espaço, imprimindo com sucesso em 3D unidades de dispositivos RAM em gravidade zero, pela primeira vez. A façanha da equipe UW – Madison ocorreu no início de março de 2024, durante um voo de teste parabólico no Aeroporto Internacional de Fort Lauderdale-Hollywood, na Flórida.

A NASA, que está financiando a pesquisa liderada pelo professor assistente de engenharia industrial e de sistemas da UW, Hantang Qin, está interessada em desenvolver capacidades de fabricação no espaço para componentes eletrônicos, como semicondutores, atuadores e sensores – oferecendo uma opção viável para fazer reparos no espaço, sem necessidade de transportar peças de reposição.

Os engenheiros da UW – Madison imprimem em 3D em gravidade zero. A pesquisa é financiada pela NASA e oferece uma opção viável de fabricação no espaço.
Fonte:(https://www.voxelmatters.com)

O grupo encontrou uma falha técnica durante os seus dois primeiros voos de teste parabólicos – passeios de aproximadamente 40 minutos com subidas e mergulhos que simulam breves períodos de gravidade zero. Os pesquisadores passaram a semana que antecedeu seu terceiro e último voo solucionando possíveis causas da falha durante dias de 12 a 15 horas.

A impressão 3D tradicional depende da gravidade para extrudar o material do bocal da impressora, o que significa que a impressão no espaço requer uma abordagem diferente. O laboratório de Qin desenvolveu uma alternativa chamada impressão eletrohidrodinâmica (EHD). A técnica aplica força elétrica para conduzir o fluxo de materiais líquidos através de um bico extremamente fino com apenas 30 micrômetros de diâmetro, aproximadamente a largura média de uma única fibra de lã.

“Nesta pequena escala, a tensão superficial impedirá que o líquido flua deste bocal”, disse Qin, cujo grupo está liderando a colaboração com pesquisadores da Iowa State University, da Arizona State University, da Intel e de outros parceiros da indústria. “E então aplicamos essa força elétrica para romper essa força de tensão superficial.”

A tecnologia de impressão EHD tem vantagens que vão além da sua capacidade de funcionar em ambientes de gravidade zero. Com a impressão 3D tradicional, o tamanho do bico determina essencialmente o tamanho da gota. “Mas usando nosso sistema de impressão, podemos tornar a gota bem menor que o tamanho do bico”, disse Qin. “Com um bico de 2 micrômetros, podemos criar um padrão em nanoescala. Essa é a grande vantagem disso.”

A equipe finalmente identificou a falha que dificultou os testes nos dois primeiros voos: as vibrações do motor do avião causaram um problema nos sensores de calibração da impressora. Eles conseguiram resolver o problema reescrevendo parte do código de seu sistema para compensar as vibrações, com Pengyu Zhang, um estudante de graduação em engenharia elétrica e de computação, escrevendo código em gravidade zero.

Todo o trabalho valeu a pena durante o voo de teste final do grupo. Sob o controle manual de Wolf e Jacob Kocemba (graduado em 2023 pela UW-Madison e agora continuando seus estudos na Universidade de Illinois), a impressora EHD do laboratório produziu com sucesso mais de uma dúzia de unidades com óxido de zinco, uma tinta semicondutora e meia dúzia mais com polidimetilsiloxano, uma tinta de polímero isolante.

Embora os pesquisadores pudessem ver que sua impressora estava funcionando enquanto flutuavam pela cabine do avião, eles não puderam confirmar seus resultados em micro e nanoescala até se reunirem em torno de um microscópio em seu laboratório de pesquisa improvisado montado em um hangar no aeroporto.

“Tivemos uma boa sensação quando estávamos no ar e os estágios estavam funcionando”, disse Khawlah Alharbi, um estudante de doutorado que esteve no ar em dois dos voos de teste. “Quando os resultados foram divulgados, ficamos muito satisfeitos, felizes e entusiasmados para prosseguir com nossa pesquisa.”

Os pesquisadores estão planejando retornar à Flórida em agosto e novembro de 2024 para mais dois voos de teste, durante os quais tentarão incorporar sua tecnologia EHD em uma impressora 3D multiferramenta de um parceiro da indústria e, em seguida, passar da impressão de unidades individuais para semicondutores completos. dispositivos.

Se conseguirem cumprir esses marcos do projeto, esperam lançar a sua tecnologia para testes a bordo da Estação Espacial Internacional. “Se conseguirmos enviar isto para a ISS, seria um final feliz”, disse o estudante de doutoramento Liangkui Jiang, que trabalhou no projeto desde a concepção”. Para saber mais sobre a tecnologia EHD acesse o site.

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Marcus Figueiredo

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