De acordo com RITos pesquisadores estão desenvolvendomateriais de autocura para melhorar os produtos impressos em 3D – para torná-los mais fortes e resistentes. Christopher Lewis e membros de sua equipe de pesquisa desenvolveram uma solução de fotopolímero responsivo a estímulos – resinas líquidas de textura semelhante à supercola – que, uma vez impressa, exibe a capacidade de autocura quando danificada.
Há muito interesse hoje em materiais que possam curar ou auto-reparar-se. Na impressão 3D, a capacidade de construir peças mais confiáveis que tenham essas ações de cura pode beneficiar vários setores e proporcionar economia de custos. As empresas podem confiar com mais confiança na resistência dos materiais usados em equipamentos de alta precisão, como eletrônicos impressos, robótica suaveou próteses para aeroespacialautomotivo e biomédico.
“Quando você quebra um osso ou se corta, tomamos como certo que existe um mecanismo de auto-reparação que permite que os ossos ou a pele se rejuvenesçam, pelo menos até certo ponto”, disse Lewis, professor associado e Russell C. McCarthy Endowed Professor na Faculdade de Tecnologia de Engenharia do RIT. “Também aprendemos que isso não é verdade para materiais sintéticos ou objetos feitos pelo homem. E nosso trabalho em materiais autocurativos é uma visão futurística de como podemos desenvolver sistemas que imitem essas propriedades naturais dos materiais.”
Com o tempo, os objetos impressos em 3D podem rachar – especialmente aqueles usados em aplicações de suporte de carga. Isto é agravado pelo facto de muitos dos materiais utilizados na impressão 3D serem inerentemente frágeis. Sem intervenção, as estruturas podem falhar. A equipe descobriu que a combinação de um agente termoplástico com uma resina curável por ultravioleta permite um processo de impressão 3D mais forte, ao mesmo tempo que cria uma mistura que reforça as áreas rachadas.
“Isso torna o materials muito mais resistente do que costumava ser. Um dos problemas com estes materiais macios e elastoméricos é que eles são tradicionalmente fracos. E também gera outro tipo de propriedade – comportamento de memória de forma, e estamos apenas começando a concentrar nossos esforços em compreender melhor esse comportamento”, disse Lewis.
Na vanguarda deste trabalho durante vários anos, Lewis recebeu financiamento do Departamento de Defesa dos EUA e fez parceria com cientistas do AMPrint Middle da RIT para testar como os materiais autocurativos complementam os processos de impressão 3D. Ele e os co-autores Vincent Mei e Kory Schimmelpfennig estudantes de doutorado do RIT detalharam o trabalho em vários periódicos incluindo materiais poliméricos aplicados ACS.
Os desafios, disse ele, estão em common a viscosidade da resina reativa e garantir que todos os materiais sejam solúveis e sensíveis à luz.
“A abordagem que adotamos é aquela em que temos uma mistura de duas coisas diferentes. Temos nosso polímero termofixo fotorreativo que, uma vez curado, se torna uma borracha macia. A isso, também adicionamos um agente de cura termoplástico. Conseguimos fazer com que a luz passasse pelo sistema, e conseguimos isso utilizando a separação de fases induzida por polimerização (PIPS). É um processo em que os materiais termofixos e termoplásticos se separam durante cura”, disse ele. “Essa é a chave para tudo isso.”
PIPS é uma função única e segmentada onde um líquido opticamente transparente permite a passagem da luz. Ao curar a resina UV, a fase termoplástica se separa. Lewis comparou essa estrutura last de fase separada a uma lâmpada de lava que muda à medida que é acesa ou aquecida. É semelhante aos polímeros que se transformam à medida que são integrados à impressão 3D, à medida que cada camada é curada.
“Trabalhos anteriores sobre misturas de polímeros termoplásticos que podem ser processados usando técnicas convencionais, como moldagem por injeção ou extrusão, sugeriram que period essa separação de fases que parecia estar impulsionando o comportamento de autocura desses sistemas. Esse entendimento nos levou a esse caminho de experimentação com esse mesmo agente de cura e sistema de polímero fotorreativo e, então, um pouco de sorte, “disse Lewis.