Pesquisadores do Georgia Institute of Technology (Atlanta) e duas outras instituições desenvolveram um novo método de impressão em 3D, batizada de “impressão 4D”, capaz de criar objetos que podem se transformar permanentemente em uma variedade de formas diferentes em resposta ao calor. A equipe, incluindo pesquisadores da Universidade de Tecnologia e Design de Singapura (SUTD) e da Xi’an Jiaotong University, na China, criou os objetos, imprimindo camadas de polímeros de memória de forma que cada camada projetada pudesse responder de uma maneira diferente quando expostas ao calor.
“Esta nova abordagem simplifica e aumenta significativamente o potencial da impressão 4D, incorporando o passo de pós-processamento de programação mecânica diretamente no processo de impressão 3D”, disse Jerry Qi, professor da Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff na Georgia Tech. “Isso permite que os componentes impressos em 3D de alta resolução sejam projetados através de simulação no computador, impressos em 3D e, em seguida, transformados rapidamente em novas configurações permanentes após serem aquecidos”.
Os cientistas relataram sua pesquisa em 12 de abril em um artigo intitulado “Impressão direta 4D através de materiais de compostos ativos”, na revista Science Advances, publicação da Associação Americana para o Avanço da Ciência. Uma cópia da pesquisa pode ser baixada em http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.1602890.
O desenvolvimento dos novos objetos impressos em 3D segue os trabalhos anteriores realizados pela equipe usando polímeros de memória de forma inteligente (SMPs), que têm a capacidade de “recordar” seu estado anterior e mudar para outra forma programada quando o calor uniforme é aplicado. Através da técnica é possível imprimir objetos que possam se dobrar como dobradiças. “A técnica pode reduzir o tempo de impressão e a economia de material em até 90%, ao mesmo tempo que elimina a programação mecânica demorada do fluxo de trabalho entre projeto e fabricação”, disse Qi.
Para demonstrar as capacidades do novo processo, a equipe fabricou vários objetos que podiam dobrar ou expandir rapidamente quando imersos em água quente – incluindo um modelo de uma flor cujas pétalas se curvaram como uma margarida real respondendo à luz solar, e um objeto em forma de rede que pôde se expandir quase oito vezes o seu tamanho original.
“Os objetos são compostos por dois tipos de materiais, um que é estável à temperatura ambiente, mas que pode ser programado para conter estresse interno, e outro rígido”, disse Zhen Ding, um pesquisador pós-doutorado da SUTD. “Usamos simulações computacionais para projetar componentes compostos onde o material rígido tem uma forma e tamanho que evitam a liberação do estresse interno programado a partir do material macio após a impressão em 3D. Ao aquecer, o material rígido amacia e permite que o material macio libere seu estresse e isso resulta em uma mudança – muitas vezes dramática – na forma do produto”.
Os pesquisadores disseram que os novos objetos fabricados com esta tecnologia 4D podem permitir uma variedade de novos recursos, como permitir que produtos sejam armazenados de forma plana ou enrolados para envio e depois expandidos quando estiverem em uso. Eventualmente, a tecnologia pode permitir que componentes assim possam responder a estímulos, como temperatura, umidade ou luz, de forma precisa e temporizada para criar estruturas espaciais, dispositivos médicos implantáveis, robôs, brinquedos e outras estruturas.
“O avanço chave deste trabalho é o desenvolvimento de um método de impressão 4D que é dramaticamente simplificado e permite a criação de produtos 3D reprogramáveis, complexos e de alta precisão”, disse Martin L. Dunn, professor da SUTD, que também é diretor da SUTD Digital Manufacturing e Design Center. “A pesquisa promete habilitar inúmeras aplicações em dispositivos biomédicos, eletrônicos 3D e produtos de consumo, assim como também abre portas para um novo paradigma no design do produto, onde componentes são projetados desde o início para adquirir configurações múltiplas durante sua função”.
O trabalho é financiado pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea dos EUA, a US National Science Foundation e a Singapore National Research Foundation através do SUTD DManD Center.
