Pesquisadores da Northwestern University desenvolveram um novo impressora 3D futurística que é tão grande e rápida que pode imprimir um objeto do tamanho de um humano adulto em apenas algumas horas.

Chamado HARP (impressão rápida de alta área), a nova tecnologia permite um rendimento recorde que pode fabricar produtos sob demanda. Nos últimos 30 anos, a maioria dos esforços em impressão 3D tem como objetivo ultrapassar os limites das tecnologias legadas. Muitas vezes, a busca por peças maiores veio ao custo da velocidade, rendimento e resolução. Com a tecnologia HARP, este compromisso é desnecessário, permitindo-lhe competir tanto com a resolução quanto com o rendimento das técnicas tradicionais de manufatura.

O protótipo da tecnologia HARP tem 13 pés de altura com uma cama de impressão de 6,25 pés quadrados e pode imprimir cerca de meio metro em uma hora - um rendimento recorde para o campo de impressão 3D. Isso significa que ele pode imprimir um único, peças grandes ou muitas peças pequenas diferentes de uma só vez.

"A impressão 3D é conceitualmente poderosa, mas foi praticamente limitada, "disse Chad A. Mirkin da Northwestern, quem liderou o desenvolvimento do produto. "Se pudéssemos imprimir rápido, sem limitações de materiais e tamanho, poderíamos revolucionar a manufatura. O HARP está pronto para fazer isso. "

Mirkin prevê que o HARP estará disponível comercialmente nos próximos 18 meses.

O trabalho será publicado no dia 18 de outubro na revista Ciência . Mirkin é o professor de química George B. Rathmann no Weinberg College of Arts e Sciences da Northwestern e diretor do Instituto Internacional de Nanotecnologia. David Walker e James Hedrick, ambos os pesquisadores no laboratório de Mirkin, é co-autor do artigo.

Mantendo a calma

HARP usa um novo, versão de estereolitografia com patente pendente, um tipo de impressão 3D que converte plástico líquido em objetos sólidos. O HARP imprime verticalmente e usa luz ultravioleta projetada para curar as resinas líquidas em plástico endurecido. Este processo pode imprimir peças que são difíceis, elástica ou mesmo cerâmica. Essas peças impressas continuamente são mecanicamente robustas, em oposição às estruturas laminadas comuns a outras tecnologias de impressão 3D. Eles podem ser usados ​​como peças para carros, aviões, odontologia, órteses, moda e muito mais.

Um dos principais fatores limitantes das impressoras 3D atuais é o calor. Todas as impressoras 3D baseadas em resina geram muito calor quando funcionam em altas velocidades - às vezes excedendo 180 graus Celsius. Isso não só leva a temperaturas de superfície perigosamente quentes, também pode causar rachaduras e deformações nas peças impressas. Quanto mais rápido for, mais calor a impressora gera. E se for grande e rápido, o calor é incrivelmente intenso.

Esse problema convenceu a maioria das empresas de impressão 3D a permanecerem pequenas. "Quando essas impressoras funcionam em altas velocidades, uma grande quantidade de calor é gerada a partir da polimerização da resina, "Walker disse." Eles não têm como dissipar isso. "

'Teflon Líquido'

A tecnologia da Northwestern contorna esse problema com um líquido antiaderente que se comporta como Teflon líquido. HARP projeta luz através de uma janela para solidificar a resina no topo de uma placa que se move verticalmente. O Teflon líquido flui pela janela para remover o calor e o faz circular por uma unidade de resfriamento.

“Nossa tecnologia gera calor assim como as outras, "Mirkin disse." Mas nós temos uma interface que remove o calor. "

"A interface também é antiaderente, que impede a resina de aderir à própria impressora, "Hedrick acrescentou." Isso aumenta a velocidade da impressora em cem vezes porque as peças não precisam ser repetidamente clivadas do fundo do tanque de impressão. "

Adeus, armazéns

Os métodos de fabricação atuais podem ser processos complicados. Eles geralmente exigem o preenchimento de moldes pré-concebidos, que são caros, estáticos e ocupam um valioso espaço de armazenamento. Usando moldes, os fabricantes imprimem as peças com antecedência - geralmente adivinhando quantas podem ser necessárias - e as armazenam em depósitos gigantescos.

Embora a impressão 3D esteja passando da prototipagem para a fabricação, o tamanho e a velocidade das impressoras 3D atuais as limitaram à produção de pequenos lotes. HARP é a primeira impressora que pode lidar com grandes lotes e peças grandes, além de peças pequenas.

"Quando você pode imprimir rápido e em grande, pode realmente mudar a maneira como pensamos sobre a manufatura, "Mirkin disse." Com HARP, você pode construir o que quiser sem moldes e sem um depósito cheio de peças. Você pode imprimir tudo o que imaginar sob demanda. "

O maior em sua classe

Embora outras tecnologias de impressão tenham desacelerado ou reduzido sua resolução para crescer, O HARP não faz tais concessões.

"Obviamente, existem muitos tipos de impressoras 3D por aí - você vê as impressoras construindo edifícios, pontes e carrocerias de automóveis, e, inversamente, você vê impressoras que podem fazer pequenas peças em resoluções muito altas, "Walker disse." Estamos entusiasmados porque esta é a maior e mais produtiva impressora de sua classe. "

Impressoras na escala de HARP freqüentemente produzem peças que devem ser lixadas ou usinadas até sua geometria final. Isso adiciona um grande custo de mão de obra ao processo de produção. HARP está em uma classe de impressoras 3D que usa padronização de luz de alta resolução para obter peças prontas para uso sem pós-processamento extenso. O resultado é uma rota comercialmente viável para a fabricação de bens de consumo.

Nano vai grande

Um especialista de renome mundial em nanotecnologia, Mirkin inventou a menor impressora do mundo em 1999. Chamada de nanolitografia dip-pen, a tecnologia usa uma caneta minúscula para padronizar recursos em nanoescala. Ele então fez a transição para um conjunto de canetas minúsculas que canaliza a luz através de cada caneta para gerar localmente recursos de materiais fotossensíveis. A interface antiaderente especial usada no HARP surgiu enquanto trabalhava para desenvolver essa tecnologia em uma impressora 3D em nanoescala.

"Do ponto de vista volumétrico, abrangemos mais de 18 ordens de magnitude, "Mirkin disse.

O estudo, "Rápido, grande volume, impressão 3D termicamente controlada usando uma interface de líquido móvel, "foi apoiado pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea (número do prêmio FA9550-16-1-0150), o Departamento de Energia dos EUA (número do prêmio DE-SC0000989) e a Fundação Sherman Fairchild.