MADRID 12 mar. (EUROPA PRESS) -
Um novo sistema de impressão 3D que imita a expansão dos troncos das árvores foi usado para imprimir peças de polímero de forma rápida e eficiente, sem moldes ou equipamentos caros.
Pesquisadores do Autonomous Materials Systems Group do Beckman Institute for Advanced Science and Technology apresentaram a nova técnica de "impressão de crescimento" na revista Advanced Materials.
"Os seres humanos têm um talento incrível para criar coisas. É difícil encontrar processos de fabricação completamente novos. A impressão de crescimento é totalmente nova, o que é empolgante", disse Sameh Tawfick, professor de ciências mecânicas e engenharia da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e líder do projeto, em um comunicado.
A tecnologia de fabricação industrial mais comum é a moldagem por injeção, na qual os polímeros fundidos tomam forma em um molde de metal. Embora eficaz para a produção em massa, a manutenção dos moldes e dos fornos de cura (onde o plástico endurece) pode ser proibitivamente cara e complexa, especialmente para objetos grandes, como cascos de barcos ou pás de ventiladores. A manufatura aditiva, que imprime objetos em 3D como um bolo de camadas, não requer moldes e é ideal para peças personalizadas, como próteses.
"Os equipamentos de impressão 3D de polímeros evoluíram, mas ainda há problemas que os tornam caros e muito lentos", disse Sameh Tawfick, professor de ciências mecânicas e engenharia da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e líder do projeto.
"Nosso objetivo era aumentar a velocidade de fabricação, o tamanho e a qualidade do material e, ao mesmo tempo, manter o custo baixo. O processo que criamos é realmente rápido e econômico."
Primeiro, eles despejam uma resina líquida de cor âmbar chamada diciclopentadieno, ou DCPD, em um recipiente de vidro aberto imerso em água gelada. Eles aquecem um ponto central da resina a 70 °C. À medida que a reação se desenvolve, o calor irradia para fora do ponto de contato original a 1 mm/s, mais de 100 vezes mais rápido do que as impressoras 3D de mesa disponíveis para uso doméstico e 60 vezes mais rápido do que a espécie de bambu de crescimento mais rápido do mundo. Tudo o que o calor toca endurece em uma esfera em crescimento. Autossustentada pela liberação constante de calor, a reação - chamada de polimerização por metátese de abertura de anel frontal e apelidada de FROMP - utiliza o mínimo de energia para endurecer a resina em sua forma sólida: polidiciclopentadieno ou p-DCPD.
À medida que a esfera endurecida cresce, os pesquisadores alteram seu formato, retirando-a da resina como uma maçã de um doce pegajoso. Como a reação líquido-sólido ocorre somente abaixo da superfície, os pesquisadores podem levantar, mergulhar ou torcer a parte sólida como se fosse vidro soprado para manipular seu tamanho e forma. Por exemplo: para criar uma borda ondulada ou ondulada, os pesquisadores levantam ligeiramente a resina, mantêm-na imóvel e repetem o processo.
IMITANDO A EXPANSÃO DE UM TRONCO DE ÁRVORE
Os pesquisadores projetaram seu processo para imitar a expansão constante de uma árvore, anel por anel. Na natureza, elementos como a gravidade, o vento e a temperatura complementam e complicam a tendência das árvores de crescerem simetricamente, resultando em árvores que se dobram ao vento ou se esticam em direção a um raio de sol no dossel da floresta.
Usando seu novo método, Tawfick e seus colegas criaram objetos do cotidiano, como um abacaxi, uma framboesa e uma abóbora. Todas essas formas são axissimétricas, ou seja, simétricas em torno de um eixo vertical. As formas assimétricas são mais complexas, mas possíveis; por exemplo, os pesquisadores esculpiram um kiwi permitindo que o corpo esférico se expandisse abaixo da superfície antes de levantá-lo bem a tempo de criar uma cabeça e um bico minúsculos.
As limitações desse método são as mesmas encontradas na natureza. Imprimir objetos curvos, como bananas, é teoricamente possível, mas difícil de programar matematicamente, assim como formas complexas, como "um espinho em uma rosa", disse Tawfick.
"É difícil encontrar um cubo perfeito na natureza. Não conheço nenhuma planta ou organismo que se assemelhe a um cubo perfeito. Da mesma forma, nosso processo não pode criar um cubo perfeito. É um reflexo interessante da natureza", disse ele.
Tawfick diz que o processo é "simples e muito comercial" e espera que um dia ele possa ser usado para criar grandes blocos de polímero.
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