De pousos na lua a telefones celulares, muitas das visões rebuscadas da ficção científica se transformaram em realidade. No exemplo mais recente dessa tendência, os cientistas relatam que desenvolveram uma impressora poderosa que pode agilizar a criação de estruturas de automontagem que podem mudar de forma após serem expostas ao calor e outros estímulos. Eles dizem que esta tecnologia única pode acelerar o uso da impressão 4-D na indústria aeroespacial, medicina e outras indústrias.

Os pesquisadores apresentam seus trabalhos hoje no 255º Encontro e Exposição Nacional da American Chemical Society (ACS).

"Estamos prestes a criar uma nova geração de dispositivos que podem expandir amplamente as aplicações práticas para impressão 3-D e 4-D, "H. Jerry Qi, Ph.D., diz. "Nosso protótipo de impressora integra muitos recursos que parecem simplificar e agilizar os processos usados ​​na impressão 3-D tradicional. Como resultado, podemos usar uma variedade de materiais para criar componentes duros e macios ao mesmo tempo, incorporar fiação condutiva diretamente em estruturas que mudam de forma, e, por fim, preparou o terreno para o desenvolvimento de uma série de produtos 4-D que poderiam remodelar nosso mundo. "

A impressão 4-D é uma tecnologia emergente que permite que os componentes impressos em 3-D mudem de forma ao longo do tempo após a exposição ao calor, luz, umidade e outros fatores ambientais. Contudo, A impressão 4-D continua desafiadora, em parte porque muitas vezes requer etapas de pós-processamento complexas e demoradas para programar mecanicamente cada componente. Além disso, muitas impressoras comerciais podem imprimir apenas estruturas 4-D compostas de um único material.

Ano passado, Qi e seus colegas do Instituto de Tecnologia da Geórgia, em colaboração com cientistas da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura, usou um composto feito de acrílico e epóxi junto com uma impressora comercial e uma fonte de calor para criar objetos 4-D, como uma flor que pode fechar suas pétalas ou uma estrela que se transforma em uma cúpula. Esses objetos transformaram a forma até 90 por cento mais rápido do que antes, porque os cientistas incorporaram as tediosas etapas de programação mecânica diretamente no processo de impressão 3-D. Com base neste trabalho, os pesquisadores procuraram desenvolver uma impressora multifuncional para enfrentar outros desafios de impressão 4-D e levar a tecnologia para mais perto da aplicação prática.

A máquina que eles desenvolveram combina quatro técnicas de impressão diferentes, incluindo aerossol, jato de tinta, gravação direta com tinta e modelagem por deposição fundida. Ele pode lidar com uma grande variedade de materiais rígidos e elásticos, incluindo hidrogéis, tintas condutoras à base de nanopartículas de prata, elastômeros de cristal líquido e polímeros com memória de forma, ou SMPs. SMPs, quais são as substâncias mais comuns usadas na impressão 4-D, pode ser programado para "lembrar" uma forma e então se transformar nela quando aquecido. Com esta nova tecnologia, os pesquisadores podem imprimir SMPs de alta qualidade, capazes de fazer alterações de forma mais complexas do que no passado, abrindo a porta para uma infinidade de aplicativos e designs 4-D funcionais.

Os pesquisadores também podem usar a impressora para projetar uma faixa de branco, tons de cinza ou preto de luz para formar e curar um componente em um sólido. Esta iluminação em tons de cinza desencadeia uma reação de reticulação que pode alterar o comportamento do componente, dependendo da escala de cinza da sombra iluminada. Então, por exemplo, uma sombra mais clara cria uma parte mais difícil, enquanto um tom mais escuro produz uma parte mais suave. Como resultado, esses componentes podem dobrar ou esticar de forma diferente do que outras partes da estrutura 4-D ao seu redor.

A impressora pode até criar fiação elétrica que pode ser impressa diretamente em uma antena, sensor ou outro dispositivo elétrico. O processo se baseia em um método de escrita direta com tinta para produzir uma linha de tinta de nanopartículas de prata. Uma unidade de cura fotônica seca e aglutina as nanopartículas para formar um fio condutor. Então, o componente jato de tinta da impressora cria o revestimento plástico que envolve o fio.

Atualmente, A equipe de Qi também está trabalhando com a Children's Healthcare de Atlanta para determinar se esta nova tecnologia pode imprimir próteses de mãos para crianças nascidas com braços malformados.

“Apenas um pequeno grupo de crianças tem essa condição, então não há muito interesse comercial nisso e a maioria dos seguros não cobre as despesas, "Qi diz." Mas essas crianças têm muitos desafios em suas vidas diárias, e esperamos que nossa nova impressora 4-D os ajude a superar algumas dessas dificuldades. "