Cientistas descobrem nova maneira de consertar o ponto fraca da impressão 3D

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Cientistas descobrem nova maneira de consertar o “ponto
fraca” da impressão 3D
Crédito da imagem: Essentium.
Os pesquisadores desenvolveram a tecnologia para soldar camadas impressas em 3D adjacentes de forma
mais eficaz, aumentando a confiabilidade do produto final, de acordo com um novo estudo.
Os plásticos são um material de impressão 3D popular, permitindo que os usuários criem uma variedade de
objetos, desde brinquedos simples até peças protéticas personalizadas.
Mas essas peças impressas são mecanicamente fracas – uma falha causada pela ligação imperfeita entre
as camadas impressas individuais que compõem a parte 3D.
Agora, os pesquisadores desenvolveram a tecnologia necessária para superar o “ponto fraca” da impressão
3D.
O método integra a ciência do plasma e a tecnologia de nanotubos de carbono na impressão 3D padrão.
“Encontrar uma maneira de remediar a ligação inadequada entre as camadas impressas tem sido uma
busca contínua no campo de impressão 3D”, diz Micah Green, professor associado do departamento de
engenharia química da Texas A&M University.
“Agora desenvolvemos uma tecnologia sofisticada que pode reforçar a soldagem entre essas camadas
enquanto imprimimos a parte 3D.”
Uma nova forma de aquecimento de peças impressas em 3D
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Os plásticos são comumente usados para impressão 3D de extrusão, conhecida tecnicamente como
modelagem de deposição fundida.
Nesta técnica, o plástico fundido é espremido de um bocal que imprime peças camada por camada. Como
as camadas impressas esfriam, elas se fundem umas às outras para criar a parte 3D final.
No entanto, estudos mostram que essas camadas se juntam imperfeitamente; tornando as peças impressas
mais fracas do que peças idênticas feitas por moldagem por injeção, onde os plásticos derretidos
simplesmente assumem a forma de um molde predefinido após o resfriamento.
Para juntar essas interfaces mais completamente requer aquecimento adicional, mas aquecer peças
impressas usando algo semelhante a um forno tem uma grande desvantagem.
“Se você colocar algo em um forno, ele vai aquecer tudo, então uma parte impressa em 3D pode deformar e
derreter, perdendo sua forma”, diz Green. “O que realmente precisávamos era de alguma maneira de
aquecer apenas as interfaces entre as camadas impressas e não a parte inteira.”
Para promover a ligação entre camadas, a equipe se voltou para nanotubos de carbono. Uma vez que essas
partículas de carbono aquecem em resposta a correntes elétricas, os pesquisadores cobriram a superfície
de cada camada impressa com esses nanomateriais.
Semelhante a como as microondas aquecem os alimentos, a equipe descobriu que é possível aquecer
esses revestimentos de nanotubos de carbono usando correntes elétricas, permitindo que as camadas
impressas se unam.
Para aplicar a eletricidade à medida que o objeto está sendo impresso, as correntes devem superar um
espaço minúsculo de ar entre a cabeça de impressão e a parte 3D. Uma opção para preencher essa lacuna
de ar é usar eletrodos de metal que toquem diretamente na peça impressa, mas esse contato pode
introduzir danos inadvertidos à peça, diz Green.
As peças mais fortes
A equipe colaborou com David Staack, professor associado do departamento de engenharia mecânica para
gerar um feixe de partículas de ar carregadas, ou plasma, que poderia transportar uma carga elétrica para a
superfície da peça impressa.
Esta técnica permitiu que as correntes elétricas passassem pela parte impressa, aquecendo os nanotubos e
soldando as camadas juntas.
Com a tecnologia de plasma e o material termoplástico revestido de nanotubos de carbono no lugar, os
pesquisadores adicionaram esses dois componentes às impressoras 3D convencionais.
Quando eles testaram a força das peças impressas em 3D usando sua nova tecnologia, eles descobriram
que sua força em comparação com as peças moldadas por injeção.
“O Santo Graal da impressão 3D tem sido obter a força da parte impressa em 3D para coincidir com a de
uma parte moldada”, diz Green. “Neste estudo, usamos com sucesso o aquecimento localizado para
fortalecer as peças impressas em 3D para que suas propriedades mecânicas agora rivalizem com as das
peças moldadas.
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“Com nossa tecnologia, os usuários agora podem imprimir uma peça personalizada, como uma prótese
personalizada, e essa parte tratada termicamente será muito mais forte do que antes”.
Essentium C. (em inglês) Brandon Sweeney, ex-estudante de engenharia e ciência dos materiais da Texas
A&M no laboratório de Green é o principal autor do artigo, que
O artigo aparece em Nano Letters.
Pesquisadores adicionais da Essentium Inc. contribuíram para o projeto. A Fundação Nacional de Ciência
apoiou o trabalho.
Produzido por Vandana Suresh.