Pesquisadores da Universidade do Missouri desenvolvem novo método de impressão 3D para fabricação de multimateriais
Pesquisadores da Universidade do Missouri desenvolveram uma nova maneira de criar dispositivos complexos com vários materiais – incluindo plásticos, metais e semicondutores – tudo com uma única máquina. A pesquisa, que foi recentemente publicada na Nature Communications, descreve um novo processo de impressão 3D e laser para fabricar sensores multimateriais e multicamadas, placas de circuito e até mesmo têxteis com componentes eletrônicos.
Chama-se Freeform Multi-material Assembly Process e promete revolucionar a fabricação de novos produtos.
Ao imprimir sensores embutidos em uma estrutura, a máquina pode fazer coisas que podem detectar condições ambientais, incluindo temperatura e pressão. Para outros pesquisadores, isso pode significar ter um objeto de aparência natural, como uma rocha ou concha que poderia medir o movimento da água do oceano. Para o público, as aplicações podem incluir dispositivos vestíveis que monitoram a pressão arterial e outros sinais vitais. Especificamente, outras técnicas são insuficientes quando se trata da versatilidade do material e da precisão com que componentes menores podem ser colocados dentro de estruturas 3D maiores.
O método da equipe da Mizzou usa técnicas especiais para resolver esses problemas. Os membros da equipe construíram uma máquina que possui três bicos diferentes: um adiciona material semelhante à tinta, outro usa um laser para esculpir formas e materiais e o terceiro adiciona materiais funcionais adicionais para aprimorar as capacidades do produto. Começa fazendo uma estrutura básica com filamento de impressão 3D regular, como policarbonato, um tipo de termoplástico transparente. Em seguida, muda para laser para converter algumas partes em um material especial chamado grafeno induzido por laser, colocando-o exatamente onde é necessário. Por fim, mais materiais são adicionados para aprimorar as habilidades funcionais do produto final.
“O programa I-Corps está nos ajudando a identificar os interesses e as necessidades do mercado”, disse Lin. “Atualmente, acreditamos que seria do interesse de outros pesquisadores, mas acreditamos que em última análise beneficiará as empresas. Reduzirá o tempo de fabricação para prototipagem de dispositivos, permitindo que as empresas façam protótipos internamente. Essa tecnologia, disponível apenas na Mizzou, mostra grande promessa para transformar a forma como os produtos são fabricados e manufaturados.”
“Esta é a primeira vez que este tipo de processo é usado e está abrindo novas possibilidades”, disse Bujingda Zheng, doutorando em engenharia mecânica na Mizzou e principal autor do estudo. “Estou animado com o design. Sempre quis fazer algo que ninguém nunca fez antes, e estou fazendo isso aqui.” Um dos principais benefícios é que os inovadores podem se concentrar no design de novos produtos sem se preocupar com a forma de prototipá-los. “Isso abre a possibilidade de mercados inteiramente novos”, disse Jian “Javen” Lin, professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial na Mizzou. “Terá amplos impactos em sensores vestíveis, robôs personalizáveis, dispositivos médicos e muito mais.”
Técnicas revolucionárias
Atualmente, a fabricação de uma estrutura multicamadas – como uma placa de circuito impresso – pode ser um processo complicado que envolve várias etapas e materiais. Esses processos são caros, demorados e podem gerar resíduos que prejudicam o meio ambiente. Além de ser melhor para o planeta, a nova técnica é inspirada em sistemas encontrados na natureza. “Tudo na natureza consiste em materiais estruturais e funcionais”. “Por exemplo, as enguias elétricas têm ossos e músculos que lhes permitem se mover. Eles também têm células especializadas que podem descarregar até 500 volts para deter predadores. Essas observações biológicas inspiraram os pesquisadores a desenvolver novos métodos para fabricar estruturas 3D com aplicações multifuncionais, mas outros métodos emergentes têm limitações.”
Observações adicionais:
- O novo método de impressão 3D é chamado de Freeform Multi-material Assembly Process.
- Ele permite a impressão de vários materiais, incluindo plásticos, metais e semicondutores, a partir de uma única máquina.
- Os sensores podem ser impressos diretamente dentro de objetos impressos em 3D.
- A tecnologia tem o potencial de beneficiar uma ampla gama de indústrias, incluindo pesquisa, eletrônicos de consumo e manufatura.
- O método é inspirado em sistemas encontrados na natureza.