A impressão 3-D revolucionou os campos da saúde, Engenharia Biomédica, fabricação e design de arte.

As aplicações bem-sucedidas surgiram apesar do fato de que a maioria das técnicas de impressão 3-D só podem produzir peças feitas de um material de cada vez. Aplicativos mais complexos poderiam ser desenvolvidos se as impressoras 3-D pudessem usar materiais diferentes e criar peças multimateriais.

Uma nova pesquisa usa diferentes comprimentos de onda de luz para atingir essa complexidade. Cientistas da Universidade de Wisconsin-Madison desenvolveram uma nova impressora 3-D que usa padrões de luz visível e ultravioleta para ditar qual dos dois monômeros é polimerizado para formar um material sólido. Diferentes padrões de luz fornecem o controle espacial necessário para produzir peças multimateriais. O trabalho foi publicado em 15 de fevereiro na revista. Nature Communications .

"Por mais incrível que seja a impressão 3D, em muitos casos, oferece apenas uma cor para pintar, "diz o professor de química UW-Madison A.J. Boydston, que liderou o recente trabalho com sua estudante de graduação Johanna Schwartz. "O campo precisa de uma paleta de cores completa."

Boydston e Schwartz sabiam que materiais de impressão aprimorados exigiam uma abordagem química para complementar os avanços da engenharia.

"Esta é uma mudança na forma como pensamos sobre a impressão 3-D com vários tipos de materiais em um objeto, "Boydston diz." Esta é mais uma abordagem de um químico de baixo para cima, das moléculas às redes. "

A impressão 3-D é o processo de criação de objetos tridimensionais sólidos a partir de um arquivo digital, adicionando sucessivamente camadas finas de material sobre as camadas anteriores. A maioria dos métodos de impressão 3D multimaterial usa reservatórios separados de materiais para colocar diferentes materiais nas posições corretas.

Mas Boydston percebeu que um tanque, A abordagem de vários componentes - semelhante à abordagem de um único recipiente do químico ao sintetizar moléculas - seria mais prática do que vários reservatórios com materiais diferentes. Esta abordagem é baseada na capacidade de diferentes comprimentos de onda de luz para controlar quais materiais de partida polimerizam em diferentes seções do produto sólido. Esses materiais iniciais começam como produtos químicos simples, conhecidos como monômeros, que se polimerizam em uma longa cadeia de produtos químicos, como a forma como o plástico é feito.

"Se você pode criar um item no PowerPoint com cores diferentes, então podemos imprimi-lo com composições diferentes com base nessas cores, ", Diz Schwartz.

Os pesquisadores criam várias imagens digitais que, quando empilhado, produzir um design tridimensional. As imagens controlam se a luz ultravioleta ou visível é usada para polimerizar os materiais de partida, que controla o material final e suas propriedades, como rigidez. Os pesquisadores simultaneamente direcionam a luz de dois projetores para uma cuba de materiais iniciais líquidos, onde as camadas são construídas uma a uma em uma plataforma. Depois que uma camada é construída, a plataforma de construção sobe, e a luz ajuda a construir a próxima camada.

O principal obstáculo que Boydston e Schwartz enfrentaram foi otimizar a química dos materiais de partida. Eles primeiro consideraram como os dois monômeros se comportariam juntos em um tanque. Eles também tinham que garantir que os monômeros tivessem tempos de cura semelhantes para que os materiais duros e macios dentro de cada camada terminassem de secar aproximadamente ao mesmo tempo.

Com a química certa no lugar, Boydston e Schwartz agora podiam ditar exatamente onde cada monômero curava dentro do objeto impresso usando luz ultravioleta ou visível.

"Nesta fase, só conseguimos colocar materiais duros ao lado de materiais macios em uma etapa, "Boydston diz." Existem muitas imperfeições, mas esses são novos desafios empolgantes. "

Agora, Boydston deseja abordar essas imperfeições e responder a perguntas em aberto, por exemplo, quais outras combinações de monômeros podem ser usadas e se diferentes comprimentos de onda de luz podem ser usados ​​para curar esses novos materiais. Boydston também espera formar uma equipe interdisciplinar que possa aumentar o impacto do controle de comprimento de onda, impressão 3D multi-material.

A nova abordagem dos pesquisadores para a impressão 3D de vários materiais pode permitir aos designers, artistas, engenheiros e cientistas para criar sistemas significativamente mais complexos com impressão 3-D. Os aplicativos podem incluir a criação de dispositivos médicos personalizados, como próteses, ou o desenvolvimento de órgãos e tecidos simulados. Estudantes de medicina podem usar esses órgãos sintéticos para treinamento em vez de, ou antes de trabalhar com, pacientes vivos.

Usar métodos químicos para eliminar um gargalo de engenharia é exatamente o que a indústria de impressão 3-D precisa para avançar, diz Schwartz.

“É esta interface de química e engenharia que irá impulsionar o campo a novas alturas, ", Diz Schwartz.