Engenheiros criaram um novo método para impressão 3D de metais. De acordo com a publicação da Caltech, os metais possuem resolução, em alguns casos, menor do que era possível anteriormente. O processo, que usa química à base de água e impressão 3D, pode ser usado para uma variedade de metais, e com pequenos ajustes, até mesmo vários tipos da mesma peça fabricada.
Com esta descoberta, aumenta o potencial para a fabricação de pequenos componentes para sistemas mecânicos microeletrônicos (MEMS) – componentes precisos para veículos e aplicações espaciais, trocadores de calor ou dispositivos biomédicos.
Na impressão 3D (também conhecida como manufatura aditiva), um objeto é construído camada por camada, permitindo a criação de estruturas que seriam impossíveis de fabricar por métodos convencionais de formação de metais, como forjamento e moldagem a jato de tinta, ou através de métodos subtrativos, como gravura ou fresagem.
Os processos atuais de impressão de metal 3D usam um laser para zap de pós metálicos, que derrete o metal para que ele se solidifique em formas específicas. Dessa forma, os fabricantes podem criar estruturas com uma resolução de cerca de 100 mícrons, o que equivale aproximadamente à espessura de duas folhas de papel. (A resolução é a escala do menor detalhe que o processo é capaz de produzir.)
O problema é que os metais, particularmente aqueles com alta condutividade térmica, como o cobre, transmitem calor tão bem que, mesmo com um laser finamente focado, o calor se espalha e derrete o pó fora da área desejada, diminuindo a possível resolução da impressão.
No entanto, uma equipe de pesquisadores elaboraram uma abordagem diferente para o problema, em vez de escrever metais diretamente,eles imprimem um hidrogel em 3D e o usam como um andaime para precursores líquidos contendo metais.
"Tivemos que desenvolver uma nova maneira de fazer isso, e não podíamos confiar no calor para construir nossas estruturas", afirma Max Saccone, pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Stanford.
Como funciona o processo
Os hidrogéis são materiais feitos de cadeias poliméricas flexíveis que não se dissolvem em água e são usados para produtos como lentes de contato gelatinosas. A luz de uma lâmpada ultravioleta de baixa potência é capaz de desencadear uma reação química em polímeros líquidos, fazendo com que eles endureçam induzindo a reticulação das cadeias poliméricas. Se você repetir o processo várias vezes em um padrão específico, poderá formar as formas microscópicas desejadas.
Os pesquisadores da Caltech então infundem os andaimes de hidrogel impressos em 3D com sais metálicos dissolvidos em água, fazendo com que os íons metálicos se infiltrem no hidrogel – não apenas revestindo sua superfície. Então, na parte de "reação" do processo, os pesquisadores queimam a porção de hidrogel da estrutura em um forno que atinge 700 a 1100 graus Celsius, dependendo do material. Como o ponto de fusão de todos os metais é maior do que a temperatura de combustão do hidrogel, o metal permanece intacto.
O calor não apenas remove o hidrogel, mas também faz com que a estrutura geral encolha à medida que o hidrogel queima, resultando em uma estrutura metálica ainda menor. Com esse processo, além de metais puros, a equipe pode imprimir em 3D ligas metálicas e sistemas metálicos multicomponentes, com tamanhos de recursos em torno de 40 mícrons, ou menos da metade da largura de um cabelo humano.
Durante o desenvolvimento do processo, a equipe produziu estruturas impressas em 3D feitas de cobre, níquel, prata e várias ligas metálicas.
"O processo de fabricação aditiva de infusão de hidrogel, ou HIAM, como o cunhamos, estabelece um caminho para criar materiais metálicos de uma maneira totalmente nova e muito mais ecológica em níveis de precisão sem precedentes", diz Greer, professor de Ciência dos Materiais, Mecânica e Engenharia Médica da Ruben F.
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