Gel metálico imprime objetos de metal a frio e permite impressão 4D

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/07/2023

Aranha 3D criada com o novo gel metálico - a incorporação de LEDs ilustra sua condutividade, enquanto a curvatura das pernas mostra a impressão 4D em ação.
[Imagem: Ruizhe Xing et al. - 10.1016/j.matt.2023.06.015]

Impressão 3D de metais a frio

Um novo gel metálico, altamente condutor de eletricidade, pode ser usado para imprimir objetos sólidos tridimensionais (3D) à temperatura ambiente.

Criar objetos metálicos em impressoras 3D hoje exige temperaturas elevadas, de modo que operar a temperatura ambiente por si só já seria uma inovação marcante para esse campo.

Mas o novo gel metálico tem um trunfo adicional: Os objetos impressos podem ser projetados para mudar de forma à medida que o gel seca.

Isto compõe um novo conceito, conhecido como impressão 4D, com a quarta dimensão sendo o tempo.

O gel metálico tem como base uma solução de partículas microscópicas de cobre suspensas em água. A seguir, a solução recebe uma pequena quantidade de uma liga de índio-gálio, que é um metal líquido à temperatura ambiente. A mistura resultante é então agitada, fazendo com que o metal líquido e as partículas de cobre grudem umas nas outras, formando uma "rede" de gel metálico dentro da solução aquosa.

"Essa consistência semelhante a gel é importante, porque significa que você tem uma distribuição bastante uniforme das partículas de cobre em todo o material. Isso faz duas coisas. Primeiro, significa que a rede de partículas se conecta para formar caminhos elétricos. E segundo, significa que as partículas de cobre não estão se separando da solução e entupindo a impressora," contou o professor Michael Dickey, da Universidade do Estado da Carolina do Norte, nos EUA.

A tinta é feita de uma mistura de metal líquido com partículas de cobre.
[Imagem: Ruizhe Xing et al. - 10.1016/j.matt.2023.06.015]

Impressão 4D

O gel pode ser usado nos bocais das impressoras 3D convencionais, com o objeto mantendo sua forma corretamente quando impresso. E, quando deixado secar em temperatura ambiente, o objeto 3D resultante torna-se ainda mais sólido.

Mas é possível fazer coisas ainda mais interessantes aplicando calor ao objeto impresso enquanto ele está secando.

Acontece que o alinhamento das partículas influencia como o material seca. Por exemplo, se você imprimir um objeto cilíndrico, os lados se contrairão mais do que a parte superior e inferior à medida que ele seca. Quando o objeto é deixado para secar à temperatura ambiente, o processo é suficientemente lento para não criar mudanças estruturais no objeto.

No entanto, se você aplicar calor - por exemplo, colocá-lo sob uma lâmpada de calor a 80 ºC - a secagem mais rápida pode causar deformação estrutural. Como essa deformação é previsível, isso significa que você pode fazer com que um objeto impresso mude de forma depois de pronto, e isso pode ser feito com duas variáveis de controle: O padrão do objeto impresso e a quantidade de calor aplicado durante a secagem.

"Em última análise, esse tipo de impressão quadridimensional - as três dimensões tradicionais, mais o tempo - é mais uma ferramenta que pode ser usada para criar estruturas com as dimensões desejadas," disse Dickey.

A geometria do objeto e o calor aplicado na pós-produção podem definir o formato final da peça.
[Imagem: Ruizhe Xing et al. - 10.1016/j.matt.2023.06.015]

Condutividade metálica

Caso você não queira aplicações mais complexas e avançadas, continuará podendo tirar proveito da elevada condutividade elétrica do material, o que permite ir além dos objetos de polímeros e resinas tradicionais.

"Como os objetos impressos acabam tendo até 97,5% de metal, eles são altamente condutores. Obviamente, não são tão condutores quanto o fio de cobre convencional, mas é impossível imprimir fio de cobre em 3D à temperatura ambiente. E o material que desenvolvemos é de longe mais condutivo do que qualquer outra coisa que possa ser impressa. Estamos muito entusiasmados com as aplicações aqui," disse Dickey.

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