Um novo, A tinta de nanocompósito de polímero imprimível em 3D tem propriedades incríveis - e muitas aplicações na indústria aeroespacial, medicina e eletrônica.

Pesquisadores de engenharia mecânica da Michigan Technological University criaram uma maneira de fazer uma tinta polimérica nanocompósita imprimível em 3D que usa nanotubos de carbono (CNTs) - conhecida por sua alta resistência à tração e leveza. Essa tinta revolucionária pode substituir os epóxis - e entender por que suas propriedades são tão fantásticas é o primeiro passo em direção ao seu uso em massa.

impressao 3D, também conhecido como manufatura aditiva, é mais versátil e eficiente do que a fundição. Adiciona um material com precisão, frequentemente em geometrias complexas, com consideravelmente menos excesso para cortar. Adicionar nanomateriais de baixa dimensão, como CNTs, grafeno, nanopartículas de metal e pontos quânticos permitem que materiais impressos em 3D se adaptem a estímulos externos, dando-lhes recursos como condutância elétrica e térmica, magnetismo e armazenamento eletroquímico.

Mas a impressão 3D usando plástico, metal ou algo totalmente diferente não é novo. O que os pesquisadores de tecnologia fizeram de diferente é usar nanocompósitos de polímero (feitos de epóxi, nanotubos de carbono e nano-argila) e um processo de impressão que não sacrifica a funcionalidade. A junção do tipo de material e morfologia - tamanho, forma, estrutura - em tintas de nanocompósitos de polímero é a última palavra em função de reunião de forma.

A exploração do processo, morfologia e propriedades das tintas poliméricas é o assunto de um artigo publicado recentemente na revista. Fabricação Aditiva por Parisa Pour Shahid Saeed Abadi, um engenheiro que explora a interface de materiais, mecânica e medicina, e o estudante de graduação Masoud Kasraie.

Abadi e Kasraie apontam que antes que os pesquisadores possam correr para as corridas usando tintas poliméricas, eles devem primeiro aprender a andar. O primeiro passo é cavar na interseção da escala macro (como nossos olhos veem o desempenho de um material) e a escala nano (o que não podemos ver, mas sabe que está ocorrendo).

Construindo compreensão antes da participação no mercado

Embora os nanocompósitos de polímero e os produtos e serviços de impressão 3D tenham valores de mercado de bilhões de dólares, a impressão 3D de nanomateriais tem um valor de mercado de aproximadamente US $ 43 milhões, Abadi notou.

"Para a prosperidade nacional e sustentação da liderança global na manufatura, a lacuna entre as aplicações do mundo real de impressão 3D e nanomateriais versus impressão 3D de nanomateriais precisa ser fechada, "Abadi disse." A lacuna existe devido à falta de controle das propriedades dos nanocompósitos no processo de impressão 3D, porque não entendemos totalmente a relação processo-morfologia-propriedade. "

O gargalo é compreender a complexa interação entre a mecânica em macroescala dos processos de impressão 3D e a mecânica e física de nanocompósitos em nanoescala. A pesquisa de Abadi e Kasraie busca afrouxar o gargalo, explorando a relação entre os parâmetros do processo de impressão 3D e a morfologia do nanomaterial em tintas de impressão nanocompósitos, que é a peça mais importante, mas menos explorada do quebra-cabeça.

Os muitos benefícios da tinta nanomaterial

Indo além da ciência da tinta nanocompósita, o material é muito promissor por causa de suas muitas funcionalidades. Uma vantagem da impressão 3D é o controle quase total sobre a forma do produto final.

A condutividade da tinta de nanomaterial de Abadi e Kasraie é uma característica excepcionalmente útil que dá ao epóxi impresso o potencial de dobrar como fiação elétrica - seja em uma placa de circuito, a asa de um avião ou em atuadores impressos em 3D para guiar cateteres em vasos sanguíneos. Outra característica útil da tinta de polímero nanocompósito é sua resistência.

“Em comparação com aço e alumínio, vemos 80% de redução de peso com compósito epóxi com a mesma resistência, "Kasraie disse.

Finalmente, na área médica e nas indústrias aeroespacial e eletrônica, onde defeitos e danos podem significar grandes problemas, os nanocompósitos têm uma função de segurança.

"Quando algo quebra, uma pequena rachadura começa a partir de um defeito em microescala e progride até quebrar toda a estrutura, - disse Abadi. - Características nanocompostas fazem pontes nessas fendas e não as deixam crescer. Esse é um dos mecanismos pelos quais os nanotubos de carbono aumentam a resistência mecânica do material ”.

Razão propriedade-peso, condutividade elétrica, Maior resistência e facilidade de aplicação são apenas algumas das muitas razões promissoras pelas quais as tintas de nanocompósitos de polímero provavelmente substituirão os epóxis tradicionais.