p Um novo método de impressão 3D tornará mais fácil fabricar e controlar a forma de robôs macios, músculos artificiais e dispositivos vestíveis. Pesquisadores da UC San Diego mostram que, ao controlar a temperatura de impressão do elastômero de cristal líquido, ou LCE, eles podem controlar o grau de rigidez e a capacidade de contração do material - também conhecido como grau de atuação. O que mais, eles são capazes de alterar a rigidez de diferentes áreas no mesmo material, expondo-o ao calor. p Como prova de conceito, os pesquisadores imprimiram em 3D em uma única impressão, com uma única tinta, estruturas cuja rigidez e atuação variam em ordens de magnitude, de zero a 30 por cento. Por exemplo, uma área da estrutura LCE pode se contrair como músculos; e outro pode ser flexível, como tendões. A descoberta foi possível porque a equipe estudou o LCE de perto para entender melhor suas propriedades materiais.

p O time, liderado por Shengqiang Cai, professor do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs, detalha seu trabalho na edição de 25 de setembro da Avanços da Ciência .

p Os pesquisadores foram inspirados a criar este material com diferentes graus de atuação por exemplos na biologia e na natureza. Além da combinação de músculo e tendão, pesquisadores pegaram dicas do bico da lula, que é extremamente rígido na ponta, mas muito mais macio e maleável onde está conectado à boca da lula.

p "A impressão 3D é uma ótima ferramenta para fazer tantas coisas diferentes - e é ainda melhor agora que podemos imprimir estruturas que podem se contrair e enrijecer conforme desejado sob certos estímulos, nesse caso, aquecer, "disse Zijun Wang, o primeiro autor do artigo e um Ph.D. aluna do grupo de pesquisa do Cai.

p Compreendendo as propriedades do material

p Para entender como ajustar as propriedades do material de LCE, os pesquisadores primeiro estudaram o material muito de perto. Eles determinaram que o filamento LCE impresso é feito de uma casca e um núcleo. Enquanto a casca esfria rapidamente após a impressão, tornando-se mais rígido, o núcleo esfria mais lentamente, permanecendo mais maleável.

p Como resultado, pesquisadores foram capazes de determinar como variar vários parâmetros no processo de impressão, especialmente temperatura, para ajustar as propriedades mecânicas do LCE. Em poucas palavras, quanto mais alta a temperatura de impressão, mais flexível e maleável é o material. Embora a preparação da tinta LCE leve alguns dias, a impressão 3D real pode ser feita em apenas 1 a 2 horas, dependendo da geometria da estrutura que está sendo impressa.

p "Com base na relação entre as propriedades do filamento LCE e os parâmetros de impressão, é fácil construir estruturas com propriedades de material graduado, "disse Cai.

p Temperatura variável para estruturas de impressão 3-D

p Por exemplo, os pesquisadores imprimiram um disco LCE a 40 graus C (104 F) e o aqueceram até 90 graus C (194 F) em água quente. O disco deformado em uma forma cônica. Mas um disco LCE composto de áreas que são impressas em diferentes temperaturas (40, depois 80, depois 120 graus Celsius, por exemplo), deformado em uma forma completamente diferente quando aquecido.

p Os pesquisadores também imprimiram estruturas 3D feitas de duas camadas de LCE com propriedades diferentes e mostraram que isso dava ao material ainda mais graus de liberdade para atuar. Os pesquisadores também imprimiram estruturas reticuladas com o material, que podem ser usados ​​em aplicações médicas.

p Finalmente, como uma prova de conceito, a equipe 3-D imprimiu um tubo LCE que havia ajustado durante a impressão 3-D e mostrou que poderia aderir a uma placa de vidro rígida por muito mais tempo quando atuado em altas temperaturas, cerca de 94 C (201 F), do que um tubo LCE regular com propriedades homogêneas. Isso poderia levar à fabricação de melhores pés e garras robóticas.

p A atuação do material poderia ser ativada não apenas em água quente, mas também pela infusão de LCE com partículas sensíveis ao calor ou partículas que absorvem a luz e a convertem em calor - qualquer coisa, desde pó de tinta preta a grafeno. Outro mecanismo seria imprimir em 3-D as estruturas com fios elétricos que geram calor embutidos no LCE.

p As próximas etapas incluem encontrar uma maneira de ajustar as propriedades do material com mais precisão e eficiência. Os pesquisadores também estão trabalhando na modificação da tinta para que as estruturas impressas possam ser autorreparáveis, reprogramável, e reciclável.