(Notícias Nanowerk) A manufatura aditiva (MA) revolucionou muitas indústrias e promete afetar muitas outras em um futuro não muito distante. Embora as pessoas estejam mais familiarizadas com as impressoras 3D que funcionam como impressoras a jato de tinta, outro tipo de AM oferece vantagens usando uma abordagem diferente: construir objetos com luz, uma camada de cada vez.
Uma dessas tecnologias é o processamento digital de luz (DLP). Amplamente utilizado em aplicações industriais e odontológicas, o DLP funciona convertendo uma resina líquida em uma peça sólida usando luz, essencialmente puxando objetos sólidos de uma poça rasa de resina, uma camada de cada vez.
Um grande desafio na utilização deste método de impressão 3D, no entanto, é que as resinas precisam ter uma baixa viscosidade, quase como a água, para funcionarem adequadamente em alta resolução. Muitos polímeros que de outra forma seriam úteis na impressão DLP são sólidos ou muito viscosos, exigindo solventes para diluí-los até uma consistência apropriada.
Mas a adição desses solventes também causa desvantagens significativas, como baixa precisão dimensional após a impressão devido ao encolhimento da peça (até 30%) juntamente com a tensão residual que ocorre à medida que o solvente evapora.
Num artigo publicado em Angewandte Chemie Edição Internacional (“Síntese e processamento de luz digital sem solvente, impressão 3D de poli(alil glicidil éter succinato)”), pesquisadores da Duke College inventaram um novo polímero sem solvente para impressão DLP. Além de eliminar o problema de encolhimento, a falta de solvente também resulta na melhoria das propriedades mecânicas da peça, mantendo a capacidade de degradação no corpo.
“Eu queria criar um materials inerentemente fino e de baixa viscosidade para DLP usar em dispositivos médicos degradáveis”, disse Maddiy Segal, candidato a doutorado em MEMS que trabalha no laboratório de Matthew Becker, ilustre professor de química Hugo L. Blomquist na Duke . “Foram necessárias muitas tentativas, mas finalmente consegui identificar os monômeros ideais e uma técnica sintética para criar um polímero sem solvente que pode ser usado em uma impressora DLP sem qualquer diluição.”
Por ser uma das primeiras resinas sem solventes que podem ser utilizadas na impressão DLP, Segal se interessou em testar as propriedades das peças fabricadas com ela. Ela ficou entusiasmada ao descobrir que as peças de teste não encolheram nem distorceram e, em geral, também eram mais fortes e duráveis do que aquelas feitas com solventes. De acordo com suas descobertas, esta é uma das primeiras demonstrações empíricas do aumento das propriedades mecânicas com a eliminação do uso de solventes na impressão 3D DLP de polímeros degradáveis.
Para criar seu novo polímero, Segal analisou a estrutura e as propriedades das resinas existentes desenvolvidas pelo Becker Lab e outros e modificou os monômeros e o comprimento da cadeia em uma abordagem empírica passo a passo para obter os polímeros de baixa viscosidade desejados. Ela basicamente usou uma abordagem de “adivinhar e verificar”, ajustando os monômeros ou “receitas” do polímero até encontrar uma combinação que funcionasse.
O processo não é totalmente diferente de cozinhar uma refeição. Envolve misturar combinações específicas de ingredientes, aquecê-los e depois testar os resultados até atingir o resultado desejado. No whole, Segal experimentou cerca de 60 combinações diferentes antes de finalmente fabricar o produto que esperava.
“Além de fazer um materials que não encolhesse e fosse mais resistente, eu também queria que fosse útil para aplicações médicas”, disse Segal. “Estou tentando fazer protótipos de dispositivos que sejam biocompatíveis e degradáveis. Eliminar solventes tóxicos do processo me ajudará a fazer isso.”
O objetivo closing de Segal com este trabalho é aplicar esta técnica a implantes médicos biodegradáveis. Alguns materiais usados para fazer implantes médicos temporários hoje não são degradáveis e requerem múltiplas cirurgias não apenas para implantá-los, mas também para removê-los. Através da sua investigação, Segal pretende desenvolver implantes que possam ser degradados através dos processos naturais do corpo.
Dispositivos fabricados com este materials poderiam ser implantados e projetados para se degradarem naturalmente ao longo do tempo, eliminando a necessidade de cirurgias adicionais para remover o dispositivo. Também poderia ser usado como adesivo ósseo para manter fraturas temporariamente ou em aplicações de robótica leve, onde é necessário um materials macio e degradável.
“Esse tipo de materials é o que torna esta aplicação específica o objetivo principal do meu trabalho”, disse Segal. “E, na realidade, esta técnica poderia ser usada para qualquer tipo de implante que você queira degradar depois de algum tempo e não ficar lá para sempre.”