Objetos de madeira são geralmente feitos por serra, escultura, dobra ou prensagem. Isso é tão velha escola! Hoje, os cientistas descreverão como formas planas de madeira extrudadas por uma impressora 3D podem ser programadas para se transformarem em formas 3D complexas. No futuro, esta técnica poderia ser usada para fazer móveis ou outros produtos de madeira que poderiam ser enviados planos para um destino e depois secos para formar a forma final desejada.
Os pesquisadores apresentarão seus resultados na reunião de outono da American Chemical Society (ACS).

Na natureza, as plantas e alguns animais podem alterar suas próprias formas ou texturas. Mesmo depois que uma árvore é cortada, sua madeira pode mudar de forma à medida que seca. Ela encolhe de forma desigual e empena devido a variações na orientação das fibras dentro da madeira. "A distorção pode ser um obstáculo", diz Doron Kam, um estudante de pós-graduação que está apresentando o trabalho na reunião, "mas pensamos que poderíamos tentar entender esse fenômeno e aproveitá-lo em uma transformação desejável".

Ao contrário de alguns objetos naturais, as estruturas artificiais normalmente não podem se moldar, diz Eran Sharon, Ph.D., um dos principais pesquisadores do projeto. Mas os cientistas nos últimos anos começaram a imprimir folhas planas que podem se transformar em formas 3D após um estímulo, como uma mudança na temperatura, pH ou teor de umidade, diz Sharon. No entanto, essas folhas de autotransformação foram feitas de materiais sintéticos, como géis e elastômeros, observa ele.

"Queríamos voltar à origem desse conceito, à natureza, e fazê-lo com madeira", diz Sharon. Ele e Kam - assim como Shlomo Magdassi, Ph.D., e Oded Shoseyov, Ph.D., os outros pesquisadores principais que aceitaram esse desafio com Ido Levin, Ph.D., que era estudante de pós-graduação na época — estão na Universidade Hebraica de Jerusalém.

Há alguns anos, a equipe desenvolveu uma tinta à base de água ecologicamente correta composta de micropartículas de resíduos de madeira conhecidas como "farinha de madeira" misturadas com nanocristais de celulose e xiloglucano, que são aglutinantes naturais extraídos de plantas. Os pesquisadores então começaram a usar a tinta em uma impressora 3D. Eles descobriram recentemente que a forma como a tinta é colocada, ou o "caminho", dita o comportamento de transformação à medida que o teor de umidade evapora da peça impressa. Por exemplo, um disco plano impresso como uma série de círculos concêntricos seca e encolhe para formar uma estrutura semelhante a uma sela que lembra uma batata frita Pringles, e um disco impresso como uma série de raios que emanam de um ponto central se transforma em uma cúpula ou cone -como estrutura.

A forma final do objeto também pode ser controlada ajustando a velocidade de impressão, descobriu a equipe. Isso porque o encolhimento ocorre perpendicularmente às fibras de madeira na tinta e a velocidade de impressão altera o grau de alinhamento dessas fibras. Uma taxa mais lenta deixa as partículas mais orientadas aleatoriamente, de modo que o encolhimento ocorre em todas as direções. A impressão mais rápida alinha as fibras umas com as outras, de modo que o encolhimento é mais direcional.

Os cientistas aprenderam a programar a velocidade de impressão e o caminho para obter uma variedade de formas finais. Eles descobriram que empilhar duas camadas retangulares impressas em diferentes orientações produz uma hélice após a secagem. In their latest work, they found that they can program the printing pathway, speed and stacking to control the specific direction of shape change, such as whether rectangles twist into a helix that spirals clockwise or counterclockwise.

Further refinement will allow the team to combine the saddles, domes, helices and other design motifs to produce objects with complicated final shapes, such as a chair. Ultimately, it could be possible to make wood products that are shipped flat to the end user, which could reduce shipping volume and costs, Kam says. "Then, at the destination, the object could warp into the structure you want." Eventually, it might be feasible to license the technology for home use so consumers could design and print their own wooden objects with a regular 3D printer, Sharon says.

The team is also exploring whether the morphing process could be made reversible. "We hope to show that under some conditions we can make these elements responsive—to humidity, for example—when we want to change the shape of an object again," Sharon says. + Explorar mais

Mighty morphing 3-D printing