Pesquisadores do Universidade de Tecnologia de Viena (TU Wien) desenvolveram um processo de impressão 3D que permite que códigos e símbolos ocultos sejam incorporados diretamente em materiais impressos. O novo método dá aos cientistas controle sobre a estrutura e as propriedades do materials em todos os pontos, permitindo objetos que podem mudar de aparência dependendo da temperatura.
Publicado em Comunicações da Naturezao avanço elimina uma das principais limitações da impressão 3D tradicional, que geralmente depende de um único materials com propriedades uniformes. Ao ajustar a forma como a luz interage com as substâncias líquidas durante a impressão, a equipe da TU Wien pode variar a dureza, a transparência e a elasticidade do materials.
“Podemos usar diferentes intensidades de luz, diferentes comprimentos de onda ou diferentes temperaturas”, diz Katharina Ehrmann, do Instituto de Química Sintética Aplicada. “Tudo isso pode ser usado para influenciar as propriedades do materials impresso em 3D.”
Controlando propriedades de materiais com luz
Para este estudo, os pesquisadores trabalharam com materiais líquidos que solidificam quando expostos à luz. Onde a luz incide, uma reação química une os blocos moleculares, transformando o líquido em sólido. Ajustando cuidadosamente a intensidade, o comprimento de onda e a temperatura da luz, os pesquisadores podem controlar como as moléculas se organizam – formando uma estrutura cristalina ordenada ou uma estrutura mais aleatória e amorfa.
“Dependendo da cristalinidade, as propriedades do materials também podem variar muito”, explica o pesquisador Michael Göschl, primeiro autor do estudo. “Os materiais cristalinos tendem a ser duros e quebradiços, enquanto os materiais amorfos podem muitas vezes ser macios e elásticos. As propriedades ópticas também podem variar, desde a transparência semelhante ao vidro até ao branco opaco”, acrescenta o investigador Dominik Laa.
Demonstrando aplicações práticas
A equipe demonstrou a flexibilidade do seu método com vários exemplos. Em um deles, eles produziram um objeto de plástico contendo um código QR invisível escondido sob uma camada cristalina. Quando aquecida a uma temperatura específica, a camada cristalina torna-se transparente e o código QR é revelado. À medida que o materials esfria, a camada retorna ao seu estado authentic, ocultando mais uma vez o código.
O mesmo princípio foi utilizado para imprimir um símbolo de alerta que aparece apenas quando a temperatura ultrapassa um determinado limite, oferecendo uma possível ferramenta para monitorar mercadorias sensíveis ao calor. A caracterização óptica dos materiais foi realizada em colaboração com o grupo de pesquisa do professor Andrei Pimenov no Instituto de Física do Estado Sólido da TU Wien.
“Oferecemos uma gama completamente nova de possibilidades para impressão 3D”, afirma Ehrmann. “Aplicações potenciais podem ser previstas em muitas áreas diferentes, desde armazenamento e segurança de dados até aplicações biomédicas.”
Métodos baseados em luz em impressão 3D
A técnica da TU Wien faz parte de uma tendência mais ampla em métodos de impressão 3D baseados em luz que visam aprimorar o controle do materials e melhorar a precisão da impressão.
Por exemplo, Instituto de Tecnologia de Massachusetts Pesquisadores do MIT desenvolveram recentemente um método de impressão 3D que usa um resina sensível à luz capaz de formar estruturas duráveis e suportes solúveis – dependendo do tipo de luz a que está exposto. A luz ultravioleta (UV) endurece a resina em formas fortes e permanentes, enquanto a luz visível produz suportes mais fracos que podem ser dissolvidos em solventes específicos. O novo método elimina o pós-processamento guide, como corte ou arquivamento, acelerando a produção e minimizando o desperdício.
Em 2020, uma equipe de pesquisa do Universidade do Texas em Austin desenvolveu uma resina fotopolimérica projetada para acelerar cura de alta resolução com luz visível. O materials pancromático cura em quatro comprimentos de onda – violeta, azul, verde e vermelho – e consiste em um monômero, um catalisador fotoredox, dois co-iniciadores e um agente opaco. Os pesquisadores observaram que a resina pode ser combinada com diversos aditivos, incluindo compostos biológicos, possibilitando aplicações em engenharia de tecidos e fabricação de dispositivos médicos.
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A imagem apresentada mostra o sistema de camadas do código QR “invisível”. Imagem through TU Viena.