Uma nova impressora 3-D usa luz para transformar líquidos pegajosos em objetos sólidos complexos em apenas alguns minutos.

Apelidada de "replicador" pelos inventores - em homenagem ao dispositivo Star Trek que pode materializar qualquer objeto sob demanda - a impressora 3-D pode criar objetos que são mais suaves, mais flexível e mais complexo do que é possível com as impressoras 3D tradicionais. Ele também pode envolver um objeto já existente com novos materiais, por exemplo, adicionar uma alça a um eixo de chave de fenda de metal - coisa que as impressoras atuais lutam para fazer.

A tecnologia tem o potencial de transformar a forma como os produtos, desde próteses a lentes de óculos, são projetados e fabricados, dizem os pesquisadores.

"Eu acho que este é um caminho para ser capaz de personalizar objetos em massa ainda mais, sejam próteses ou tênis de corrida, "disse Hayden Taylor, professor assistente de engenharia mecânica na Universidade da Califórnia, Berkeley, e autor sênior de um artigo que descreve a impressora, que aparece online hoje (31 de janeiro) no jornal Ciência .

"O fato de você poder pegar um componente metálico ou algo de outro processo de fabricação e adicionar uma geometria personalizável, Acho que isso pode mudar a forma como os produtos são projetados, "Disse Taylor.

A maioria das impressoras 3-D, incluindo outras técnicas baseadas em luz, construir objetos 3-D camada por camada. Isso leva a um efeito de "degrau" ao longo das bordas. Eles também têm dificuldade em criar objetos flexíveis porque os materiais dobráveis ​​podem deformar durante o processo de impressão, e suportes são necessários para imprimir objetos de certas formas, como arcos.

A nova impressora depende de um líquido viscoso que reage para formar um sólido quando exposto a um determinado limite de luz. Projetar padrões de luz cuidadosamente elaborados - essencialmente "filmes" - em um cilindro giratório de líquido solidifica a forma desejada "de uma só vez".

"Basicamente, você tem um projetor de vídeo pronto para uso, que eu literalmente trouxe de casa, e então você o conecta a um laptop e o usa para projetar uma série de imagens computadas, enquanto um motor gira um cilindro que contém uma resina de impressão 3D, "Disse Taylor." Obviamente, há muitas sutilezas nisso - como você formula a resina, e, sobre tudo, como você calcula as imagens que serão projetadas, mas a barreira para a criação de uma versão muito simples dessa ferramenta não é tão alta. "

Taylor e a equipe usaram a impressora para criar uma série de objetos, de um minúsculo modelo da estátua "O Pensador" de Rodin a um modelo personalizado de mandíbula. Atualmente, eles podem fazer objetos de até dez centímetros de diâmetro.

"Este é o primeiro caso em que não precisamos construir peças 3-D personalizadas camada por camada, "disse Brett Kelly, co-primeiro autor no artigo que completou o trabalho enquanto um estudante de graduação trabalhando em conjunto na UC Berkeley e Lawrence Livermore National Laboratory. "Isso torna a impressão 3-D verdadeiramente tridimensional."

Uma tomografia computadorizada - ao contrário

A nova impressora foi inspirada nos exames de tomografia computadorizada (TC) que podem ajudar os médicos a localizar tumores e fraturas dentro do corpo.

As tomografias computadorizadas projetam raios X ou outros tipos de radiação eletromagnética no corpo de todos os ângulos diferentes. Analisar os padrões de energia transmitida revela a geometria do objeto.

"Basicamente, invertemos esse princípio, "Disse Taylor." Estamos tentando criar um objeto em vez de medir um objeto, mas, na verdade, muito da teoria subjacente que nos permite fazer isso pode ser traduzida da teoria subjacente à tomografia computadorizada. "

Além de padronizar a luz, que requer cálculos complexos para obter as formas e intensidades exatas corretas, o outro grande desafio enfrentado pelos pesquisadores foi como formular um material que permaneça líquido quando exposto a um pouco de luz, mas reage para formar um sólido quando exposto a muita luz.

“O líquido que você não quer curar é certamente a passagem de raios de luz, então deve haver um limite de exposição à luz para esta transição de líquido para sólido, "Disse Taylor.

A resina de impressão 3-D é composta de polímeros líquidos misturados com moléculas fotossensíveis e oxigênio dissolvido. A luz ativa o composto fotossensível que esgota o oxigênio. Somente nas regiões 3-D onde todo o oxigênio foi usado, os polímeros formam as "ligações cruzadas" que transformam a resina de um líquido em um sólido. A resina não utilizada pode ser reciclada por aquecimento em uma atmosfera de oxigênio, Disse Taylor.

"Nossa técnica quase não gera desperdício de material e o material não curado é 100 por cento reutilizável, "disse Hossein Heidari, um estudante de graduação no laboratório de Taylor na UC Berkeley e co-primeiro autor do trabalho. "Esta é outra vantagem que vem com a impressão 3-D sem suporte."

Os objetos também não precisam ser transparentes. Os pesquisadores imprimiram objetos que parecem opacos usando um corante que transmite luz no comprimento de onda de cura, mas absorve a maioria dos outros comprimentos de onda.

"Isso é particularmente satisfatório para mim, porque cria uma nova estrutura de impressão 3-D volumétrica ou 'tudo de uma vez' que começamos a estabelecer nos últimos anos, "disse Maxim Shusteff, um engenheiro da equipe do laboratório Livermore. "Esperamos que isso abra caminho para que muitos outros pesquisadores explorem essa área de tecnologia empolgante."