A ideia de criar um objeto físico a partir de um arquivo digital é fascinante. Ele evoca memórias dos replicadores em Star Trek que podem criar de tudo, desde roupas a componentes de naves estelares e alimentos diferentes. A impressão 3D de hoje está dando passos impressionantes nessa direção, para grande interesse de muitos fabricantes. Agora é possível imprimir os componentes para dispositivos eletrônicos sofisticados com equipamentos bastante simples, por exemplo - como minha equipe de pesquisa acabou de mostrar ao produzir o que acreditamos ser o primeiro microfone impresso em 3-D.

Tornou-se possível imprimir 3D com uma grande variedade de materiais diferentes, incluindo os gostos de madeira e prata. A maioria das máquinas é restrita a produtos sintéticos, Contudo, como plásticos, polímeros de borracha e nylons. As máquinas geralmente imprimem apenas um material de cada vez, ou trocar entre uma paleta de dois ou três materiais. Mas isso ainda deixa muito potencial, particularmente dando aos materiais propriedades diferentes. Você faz isso misturando nanopartículas de outro material que tenha as propriedades que você está procurando.

Se você quiser que seu material impresso seja condutor, por exemplo, você adiciona prata, ouro ou nanotubos de carbono. Isso possibilita a impressão de circuitos eletrônicos. Se você quiser fazer um material piezoelétrico - o que significa que pode gerar uma carga elétrica se for comprimido - você pode adicionar titanato de bário. Isso pode ser transformado em um sensor para detectar coisas como som ou calor; ou em um atuador, que é um dispositivo que faz outros componentes se moverem.

Ao trocar entre circuitos, sensores e atuadores em uma única impressão, você pode criar um componente 3D funcional inteiro. As pessoas têm usado essa técnica nos últimos anos para imprimir coisas como componentes ópticos para, dizer, lentes ou painéis; e acelerômetros - dispositivos que medem o movimento de tudo, desde a velocidade de corrida humana até terremotos. Da mesma forma, nos permitiu construir nosso microfone, levando-o do arquivo digital à realidade em apenas seis horas.

Pimp your plastic

Idealmente, teríamos usado uma das populares impressoras MakerBot 3-D, que começam abaixo de £ 1, 000, mas eles não gostam se você adicionar partículas minúsculas aos seus materiais. Eles funcionam espremendo um filamento de resina plástica, que então se fixa quando esfria, mas as nanopartículas tendem a obstruir esse sistema - especialmente se você aplicar o suficiente para tornar as novas propriedades poderosas.

Em vez disso, usamos um Asiga Pico 27 ​​plus, que custa mais de £ 6, 000. Ele usa um sistema chamado processamento digital de luz, onde o plástico é solidificado pela exposição à luz ultravioleta. A luz é padronizada refletindo-a em 4, 000 micro-espelhos digitais como os usados ​​em projetores de filmes domésticos. Para fazer um modelo, você apenas projeta uma série de imagens 2-D no plástico líquido, movendo o modelo ligeiramente para cima sempre que uma camada é solidificada. As nanopartículas alteram a quantidade de exposição à luz necessária à resina, e tendem a absorver ou espalhar a luz, mas uma vez que você contabilizou isso, a impressão pode ocorrer sem problemas.

Uma desvantagem do processamento digital de luz é que ele não é amigável para alterar os tipos de materiais. Como o material começa na forma de uma resina líquida, tem que ser contido em uma cuba:o modelo é mergulhado no líquido toda vez que outra camada é impressa. Para mudar o material, você tem que parar tudo e trocar os tonéis manualmente antes de começar novamente com a próxima camada de imagem.

Você pode atenuar isso fazendo um furo em seu modelo no local onde deseja adicionar um material diferente. Você pode, então, trocar materiais e imprimir sobre o furo, que fornece uma parte impressa em 3D com propriedades diferentes interconectadas.

O que vem a seguir

Os desafios técnicos da impressão 3-D de um microfone em funcionamento estão em grande parte no controle do processo, cronometrando a exposição da luz ultravioleta até o milissegundo e combinando e misturando cuidadosamente os diferentes materiais. O resultado final foi um dispositivo que se comporta praticamente como um microfone normal, exceto com um sinal um pouco pior para o nível de ruído, e com um pouco de resistência elétrica demais nas camadas condutoras. Não seria tão bom quanto o microfone à base de silício que você encontraria em seu smartphone, por exemplo.

Outros nanocompósitos de impressão 3D encontraram problemas semelhantes. Ao fazer os componentes ópticos ou acelerômetros que mencionei anteriormente, as pessoas geralmente tentam obter o melhor dos dois mundos incorporando microchips e sensores pré-construídos em peças impressas ou modificando o plástico depois de construído. Não estamos no estágio em que você seria capaz de imprimir, dizer, um smartphone do zero digno desse nome:os Samsungs e as maçãs ainda estão seguros por um tempo.

No entanto, nossos recursos técnicos atuais ainda abrem a porta para algumas possibilidades surpreendentes - em parte porque bons atuadores são mais fáceis de imprimir do que bons sensores. Bem-vindo ao campo emergente da robótica suave, onde existe o potencial de imprimir mãos que seguram com tanta suavidade e precisão quanto a versão humana; ou nanobots que se desfazem em estilo origami quando atingem a parte relevante do corpo; ou até mesmo robôs completos como este peixe, que pode imitar os movimentos complexos dos animais.

Os protótipos dessas coisas realmente já existem, embora ainda combine componentes impressos e não impressos. Daqui a uma década, eles provavelmente serão totalmente imprimíveis. Assim como os Star Trekkers do século 24, não há razão para que você não possa selecionar um arquivo para muitos dispositivos notáveis ​​e imprimi-los sob encomenda. Um tentáculo robótico macio, você diz? Ainda não existe um aplicativo para isso, mas é só questão de tempo.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.