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Mar 14, 2023

Nova técnica de impressão 3D pronta para avançar ma

Imagem da Universidade Heriot-Watt: Foto do Dr. Jose Marques-Hueso

Universidade Heriot-Watt

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Crédito: Universidade Heriot-Watt

Cientistas desenvolveram uma técnica avançada para impressão 3D que deve revolucionar a indústria de manufatura.

O grupo, liderado pelo Dr. Jose Marques-Hueso, do Instituto de Sensores, Sinais e Sistemas da Universidade Heriot-Watt, em Edimburgo, criou um novo método de impressão 3D que usa luz infravermelha próxima (NIR) para criar estruturas complexas contendo múltiplas materiais e cores.

Eles conseguiram isso modificando um processo de impressão 3D bem estabelecido, conhecido como 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, camada por camada, para construir um objeto desejado. Mas uma grande desvantagem dessa abordagem tem sido as limitações na mistura de materiais.

A diferença deste último projeto é que os cientistas usam uma fonte de luz NIR capaz de imprimir em profundidades muito maiores no tanque de resina e sem a necessidade de imprimir em camadas.

As descobertas trazem grandes oportunidades para a indústria, especialmente aquelas que dependem de peças especializadas, como nos setores elétrico e de saúde.

Dr. Marques-Hueso explica: "A novidade do nosso novo método, que nunca foi feito antes, é usar as janelas de invisibilidade NIR de materiais para imprimir a uma profundidade de mais de 5 cm, enquanto a tecnologia convencional tem um limite de profundidade de cerca 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.

"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 penetrará no material anterior. como se fosse invisível, porque na verdade é completamente transparente no NIR."

O Dr. Adilet Zhakeyev, um pesquisador PhD da Universidade Heriot-Watt que trabalhou no projeto por quase três anos, acrescenta: "A tecnologia de Modelagem por Deposição Fundida (FDM) já era capaz de misturar materiais, mas o FDM tem uma resolução baixa, onde o as camadas são visíveis, enquanto as tecnologias baseadas em luz, como a estereolitografia, podem fornecer amostras suaves com resoluções abaixo de cinco micrômetros."

Os cientistas dizem que um componente-chave de seu 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. Essa 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 propriedades diferentes sejam impressos na mesma amostra, por exemplo, elastômeros flexíveis e acrílico rígido, 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", continua o Dr. Marques-Hueso.

"Combinando as duas tecnologias, podemos agora imprimir em 3D com duas resinas diferentes e cobrir seletivamente apenas uma delas em cobre usando um simples banho de solução de chapeamento. 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.

Dr. Marques-Hueso disse: "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 em da ordem de dezenas de milhares de libras, mas este não é o nosso caso porque nossos materiais especializados permitem o uso de lasers baratos."