Tecnologia Científica

Engenheiros desenvolvem novo tipo de impressão 3D
O novo sistema de impressão 3D, que foi publicado recentemente na Nature , pode facilitar a impressão de designs cada vez mais complexos, economizando tempo e material.
Por Universidade de Stanford - 20/04/2022


Uma estatueta de barco produzida por um novo processo de impressão 3D que permite imprimir um objeto dentro de um volume de resina – como uma figura de ação flutuando no centro de um bloco de gelatina – em vez de ter que construir o objeto camada por camada . Crédito: Dan Congreve

Embora as técnicas de impressão 3D tenham avançado significativamente na última década, a tecnologia continua enfrentando uma limitação fundamental: os objetos devem ser construídos camada por camada. Mas e se eles não precisassem ser?

Dan Congreve, professor assistente de engenharia elétrica em Stanford e ex-Rowland Fellow no Rowland Institute da Universidade de Harvard, e seus colegas desenvolveram uma maneira de imprimir objetos 3D dentro de um volume estacionário de resina . O objeto impresso é totalmente suportado pela resina espessa - imagine uma figura de ação flutuando no centro de um bloco de gelatina - para que possa ser adicionado de qualquer ângulo. Isso elimina a necessidade de estruturas de suporte normalmente necessárias para criar designs complexos com métodos de impressão mais padrão. O novo sistema de impressão 3D, que foi publicado recentemente na Nature , pode facilitar a impressão de designs cada vez mais complexos, economizando tempo e material.

"A capacidade de fazer essa impressão volumétrica permite imprimir objetos que antes eram muito difíceis", disse Congreve. "É uma oportunidade muito empolgante para a impressão tridimensional daqui para frente."

Impressão com luz

Na sua superfície, a técnica parece relativamente simples: os pesquisadores focaram um laser através de uma lente e o fizeram brilhar em uma resina gelatinosa que endurece quando exposta à luz azul . Mas Congreve e seus colegas não podiam simplesmente usar um laser azul – a resina curaria ao longo de todo o comprimento do feixe. Em vez disso, eles usaram uma luz vermelha e alguns nanomateriais habilmente projetados espalhados por toda a resina para criar luz azul apenas no ponto focal preciso do laser. Ao deslocar o laser ao redor do recipiente de resina, eles conseguiram criar impressões detalhadas e sem suporte.

O laboratório de Congreve é ​​especializado em converter um comprimento de onda de luz em outro usando um método chamado upconversion de fusão tripla. Com as moléculas certas próximas umas das outras, os pesquisadores podem criar uma cadeia de transferências de energia que, por exemplo, transforma fótons vermelhos de baixa energia em azuis de alta energia.
 
"Eu me interessei por essa técnica de conversão ascendente na pós-graduação", disse Congreve. "Tem todos os tipos de aplicações interessantes em solar, bio, e agora esta impressão 3D. Nossa verdadeira especialidade são os próprios nanomateriais - projetando-os para emitir o comprimento de onda certo de luz, para emiti-lo de forma eficiente e ser disperso em resina. "

Por meio de uma série de etapas (que incluíam enviar alguns de seus materiais para girar em um liquidificador Vitamix), Congreve e seus colegas foram capazes de formar as moléculas de upconversion necessárias em gotículas de nanoescala distintas e revesti-las em um invólucro de sílica protetora. Em seguida, eles distribuíram as nanocápsulas resultantes, cada uma delas 1.000 vezes menor que a largura de um fio de cabelo humano, por toda a resina.

“Descobrir como tornar as nanocápsulas robustas não foi trivial – uma resina de impressão 3D é realmente muito dura”, disse Tracy Schloemer, pesquisadora de pós-doutorado no laboratório de Congreve e uma das principais autoras do artigo. "E se essas nanocápsulas começarem a desmoronar, sua capacidade de fazer upconversion desaparece. Todo o seu conteúdo se espalha e você não consegue as colisões moleculares de que precisa."

Próximos passos para nanocápsulas de conversão de luz

Os pesquisadores estão atualmente trabalhando em maneiras de refinar sua técnica de impressão 3D. Eles estão investigando a possibilidade de imprimir vários pontos ao mesmo tempo, o que aceleraria consideravelmente o processo, além de imprimir em resoluções mais altas e escalas menores.

A Congreve também está explorando outras oportunidades para colocar as nanocápsulas de conversão ascendente em uso. Eles podem ajudar a melhorar a eficiência dos painéis solares, por exemplo, convertendo luz inutilizável de baixa energia em comprimentos de onda que as células solares podem coletar. Ou eles podem ser usados ​​para ajudar os pesquisadores a estudar com mais precisão modelos biológicos que podem ser acionados com luz ou até mesmo, no futuro, fornecer tratamentos localizados.

"Você pode penetrar no tecido com luz infravermelha e depois transformar essa luz infravermelha em luz de alta energia com essa técnica de conversão para, por exemplo, conduzir uma reação química", disse Congreve. "Nossa capacidade de controlar materiais em nanoescala nos dá muitas oportunidades muito legais para resolver problemas desafiadores que, de outra forma, são difíceis de abordar".

Os coautores adicionais de Stanford desta pesquisa são a estudiosa de pós-doutorado Tracy Schloemer; o ex-pesquisador visitante Michael Seitz; e estudante de pós-graduação Arynn Gallegos. Outros coautores, incluindo um coautor principal, são do Rowland Institute da Universidade de Harvard.

 

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