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Pesquisadores da Universidade do Missouri desenvolveram uma maneira de criar dispositivos complexos com múltiplos materiais – incluindo plásticos, metais e semicondutores – todos com uma única máquina.
A pesquisa, publicada recentemente em Comunicações da Naturezadescreve um novo processo de impressão 3D e laser para fabricar sensores multimateriais e multicamadas, placas de circuito e até mesmo têxteis com componentes eletrônicos.
É chamado de Processo de Montagem Multimaterial de Forma Livre e promete revolucionar a fabricação de novos produtos.
Ao imprimir sensores embutidos em uma estrutura, a máquina pode fabricar coisas que detectam as condições ambientais, incluindo temperatura e pressão. Para outros pesquisadores, isso poderia significar ter um objeto de aparência natural, como uma rocha ou uma concha, que pudesse medir o movimento da água do oceano. Para o público, as aplicações podem incluir dispositivos vestíveis que monitorem a pressão arterial e outros sinais vitais.
Especificamente, outras técnicas são insuficientes no que diz respeito à versatilidade do material e à precisão com que componentes menores podem ser colocados dentro de estruturas 3D maiores.
O método da equipe Mizzou utiliza técnicas especiais para resolver esses problemas. Os membros da equipe construíram uma máquina que possui três bicos diferentes: um adiciona material semelhante a tinta, outro usa um laser para esculpir formas e materiais e o terceiro adiciona materiais funcionais adicionais para aprimorar as capacidades do produto. Começa por fazer uma estrutura básica com filamentos normais de impressão 3D, como o policarbonato, um tipo de termoplástico transparente. Em seguida, ele muda para o laser para converter algumas peças em um material especial chamado grafeno induzido por laser, colocando-o exatamente onde é necessário. Finalmente, mais materiais são adicionados para melhorar as capacidades funcionais do produto final.
Este trabalho está sendo financiado pelo programa de Fabricação Avançada da National Science Foundation (NSF) e pelo NSF I-CorpsMT programa está fornecendo fundos para explorar a comercialização.
“O programa I-Corps está nos ajudando a identificar os interesses e necessidades do mercado”, disse Lin. “Atualmente, acreditamos que seria do interesse de outros pesquisadores, mas acreditamos que, em última análise, beneficiará as empresas. Reduzirá o tempo de fabricação para prototipagem de dispositivos, permitindo que as empresas façam protótipos internamente. Esta tecnologia, disponível apenas na Mizzou, mostra grande promessa de transformar a maneira como os produtos são fabricados e fabricados.”
“Esta é a primeira vez que este tipo de processo é usado e está abrindo novas possibilidades”, disse Bujingda Zheng, estudante de doutorado em engenharia mecânica na Mizzou e principal autor do estudo. “Estou entusiasmado com o design. Sempre quis fazer algo que ninguém fez antes, e vou fazer isso aqui na Mizzou.”
Um dos principais benefícios é que os inovadores podem se concentrar no design de novos produtos sem se preocupar em como prototipá-los.
“Isso abre a possibilidade para mercados inteiramente novos”, disse Jian “Javen” Lin, professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial na Mizzou. “Isso terá amplos impactos em sensores vestíveis, robôs personalizáveis, dispositivos médicos e muito mais.”
Técnicas revolucionárias
Atualmente, a fabricação de uma estrutura multicamadas – como uma placa de circuito impresso – pode ser um processo complicado que envolve várias etapas e materiais. Esses processos são caros, demorados e podem gerar resíduos que prejudicam o meio ambiente.
A nova técnica não só é melhor para o planeta, como também é inspirada em sistemas encontrados na natureza.
“Tudo na natureza consiste em materiais estruturais e funcionais”, disse Zheng. “Por exemplo, as enguias elétricas têm ossos e músculos que lhes permitem mover-se. Elas também têm células especializadas que podem descarregar até 500 volts para deter predadores. Essas observações biológicas inspiraram os pesquisadores a desenvolver novos métodos para fabricar estruturas 3D com funções multifuncionais. aplicações, mas outros métodos emergentes têm limitações.”
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