p Em um passo em direção à fabricação de peças impressas em 3D mais precisas e uniformes, como próteses personalizadas e materiais dentários, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) demonstraram um método de medição da taxa na qual regiões microscópicas de uma matéria-prima líquida endurecem em um plástico sólido quando expostas à luz. p Microscópio de força atômica personalizado (AFM) do NIST com escala nanométrica, ponta em forma de cilindro revelou que o complexo processo de cura de resinas, à medida que reagem sob a luz para formar polímeros, requer o controle de quanto da energia da luz vai para a formação do polímero e quanto o polímero se espalha, ou difunde, durante a impressão 3D.

p Descrito em um novo artigo, os experimentos do NIST mostraram que as condições gerais de exposição à luz, não apenas a energia óptica total, como frequentemente assumido, controlar até que ponto o polímero se difunde. Por exemplo, aumentar a intensidade da luz para uma duração constante ou mais curta reduziu a conversão de resina em polímero e pode distorcer a forma de uma parte impressa. As medições exigiram apenas alguns microlitros de resina, oferecendo uma maneira de reduzir os custos de fabricação e teste de novas resinas.

p "Esta pesquisa realmente se aprofunda no processo único e na percepção da ciência dos materiais proporcionada por nossas novas técnicas de metrologia, "disse o líder do projeto, Jason Killgore.

p O trabalho baseia-se no desenvolvimento anterior da equipe do NIST de um método AFM relacionado - fotorreologia de ressonância acoplada de amostra (SCRPR) - que mede como e onde as propriedades de um material mudam em tempo real nas menores escalas durante o processo de cura. Essas medições foram feitas com convencionais, sondas afiladas de AFM, que têm lados angulares e, portanto, não podem medir com segurança o fluxo de líquido localizado ou a espessura, tecnicamente conhecido como viscosidade.

p Agora, Os pesquisadores do NIST quantificaram a viscosidade, conversão e difusão pelo uso de uma sonda AFM cilíndrica, que tem lados retos rodeados por um fluxo de líquido consistente. As vibrações da sonda, à medida que perturbam a resina, são reduzidos em uma quantidade que depende do comprimento do cilindro e da viscosidade do líquido. O aumento na viscosidade da resina líquida está relacionado à conversão, permitindo medições da evolução do polímero no espaço e no tempo.

p Os pesquisadores usaram a dinâmica de fluidos computacional para modelar a força que diminui a velocidade, ou amortecimento, o nanocilindro oscilante e as mudanças resultantes em sua velocidade para determinar a quantidade de resina afetada pelo movimento. Ao relacionar o amortecimento de SCRPR à viscosidade e conversão da resina, pesquisadores fizeram mapas espaciais de conversão em função do tempo para diferentes condições de exposição.

p O AFM foi equipado com um modulador de luz que direcionava a luz padronizada de um LED para a amostra de resina. As medições da conversão de uma resina de cura rápida mostraram polímero acumulando dezenas de micrômetros de distância da fonte de luz dentro de alguns segundos de exposição, indicando a extensão e velocidade da difusão. O tamanho do padrão de luz era importante; recursos mais amplos levaram a uma conversão maior em uma determinada intensidade de luz e duração (veja a imagem).

p O SCRPR atraiu o interesse da indústria. Até agora, uma empresa visitou o NIST para usar a instrumentação, Killgore disse.