De acordo com a Universidade de Illinois em Urbana-ChampaignPh.D. aeroespacial. o estudante Ivan Wu e seu orientador, Jeff Baur, do The Grainger School of Engineering, desenvolveram uma maneira com eficiência energética de transformar estruturas compostas 2D planas em formas 3D curvas após a implantação no espaço.
Métodos anteriores de transformação de baixa energia produziram estruturas com rigidez insuficiente para uso aeroespacial. Wu e Baur abordaram essa limitação em seu estudo, “Formação rápida de compósito morfogênico de formato programável por meio de fabricação aditiva e polimerização frontal”. publicado em Fabricação Aditiva.
A abordagem combina dois avanços principais: um sistema de resina pura com eficiência energética desenvolvido por colaboradores do Instituto Beckman e uma impressora 3D contínua de fibra de carbono capaz de produzir estruturas compostas de nível aeroespacial. Usando a impressora, feixes de fibra de carbono – cada um com o diâmetro de um fio de cabelo humano – são depositados em uma base de impressão, comprimidos e parcialmente curados com luz ultravioleta.
A arquitetura da fibra impressa é então incorporada em uma resina líquida e congelada. Quando uma estrutura 3D é necessária, um estímulo térmico de baixa energia ativa uma reação química que cura a resina e transforma o compósito plano em um formato curvo. Esse processo, conhecido como polimerização frontal, elimina a necessidade de grandes fornos ou autoclaves. Crucialmente, o mesmo pequeno gatilho térmico pode ativar estruturas de qualquer tamanho, tornando o método escalonável para grandes componentes espaciais.
Um grande desafio técnico foi resolver o “problema inverso”: determinar o padrão de fibra 2D preciso necessário para obter o formato 3D desejado. Wu desenvolveu modelos matemáticos e códigos para programar a impressora de acordo, demonstrando cinco formas – cilindro espiral, torção, cone, sela e prato parabólico. A antena parabólica é particularmente relevante, pois reproduz a curvatura suave necessária para antenas de satélite implantáveis.
Inspirado na arte japonesa do kirigamiWu alcançou uma curvatura suave por meio de flexões controladas em vez de dobras. Para permitir a transformação, os compósitos usaram uma fração de baixo quantity de fibra, equilibrando flexibilidade com rigidez. Embora a rigidez resultante ainda seja insuficiente para uso estrutural direto no espaço, os pesquisadores propõem o uso das formas transformadas como moldes reutilizáveis para fabricar compósitos de alta rigidez em órbita.
Wu observou que os mesmos materiais e processos também poderiam ser aplicados a estruturas implantáveis em ambientes remotos na Terra.