Impressão 3D com som cria objetos no espaço livre, sem suportes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/02/2023

Ondas sonoras criam um campo de pressão que sustenta e posiciona as partículas individuais, formando o objeto 3D.
[Imagem: Kai Melde, MPI für medizinische Forschung]

Impressão 3D sem contato

Engenheiros alemães criaram uma nova tecnologia para montar a matéria em 3D, uma impressão 3D no espaço livre.

Diferente da impressão 3D tradicional, onde o objeto que está sendo construído precisa de um substrato ou nasce mergulhado em um líquido, com a nova técnica o objeto nasce no espaço livre, com a matéria sendo manipulada por sondas de som.

A técnica usa vários hologramas acústicos para gerar campos de pressão com os quais partículas sólidas, esferas de gel e até células biológicas podem ser usadas como blocos de construção para o objeto desejado.

"Nós conseguimos montar micropartículas para formar um objeto tridimensional em uma única passada usando ultrassom formatado," disse Kai Melde, da Universidade de Heidelberg, principal desenvolvedor da técnica.

Embora as aplicações sejam inúmeras, representando um salto qualitativo sem precedentes na manufatura aditiva, a técnica sônica abre caminho para a cultura de células 3D vivas para engenharia biomédica - hoje, um dos grandes entraves para a construção de órgãos artificiais, por exemplo, é que as técnicas de cultivo existentes só funcionam em 2D, sobre pratos de vidro planos, mas os órgãos biológicos não são planos monocamadas.

"Isso pode ser muito útil para a bioimpressão. As células usadas são particularmente sensíveis ao ambiente durante o processo," disse o professor Peer Fischer.

A técnica deverá ter amplo uso no campo da biomedicina.
[Imagem: K. Melde et al. - 10.1126/sciadv.adf6182]

Impressão 3D com ondas de som

Com é fácil de verificar ficando em frente a uma caixa de som com o volume alto, as ondas sonoras exercem força sobre a matéria, chamada pressão de radiação acústica, que vem sendo explorada para construir pinças acústicas e raios tratores sônicos, por exemplo, além da tradicional levitação acústica.

Usando ultrassom de alta frequência, que é inaudível para o ouvido humano, torna-se possível trabalhar com sons com comprimentos de onda muito curtos, da faixa dos milímetros até o reino microscópico. Foi isto que Melde explorou para conseguir manipular blocos de construção muito pequenos, como as células biológicas.

Em um trabalho anterior, também inovador, a mesma equipe havia construído hologramas acústicos em 3D usando placas para codificar um campo sonoro específico. E esses campos sonoros podem ser usados para montar materiais em padrões bidimensionais.

Agora eles deram o passo seguinte, criando um novo conceito de fabricação aditiva em 3D. As partículas são capturadas e usadas como blocos para montar as formas tridimensionais graças a um algoritmo que controla os alto-falantes que geram os campos ultrassônicos, tornando a manipulação de cada partícula simples e direta.

"A digitalização de um objeto 3D inteiro em campos de holograma de ultrassom é computacionalmente muito exigente e exigiu que criássemos uma nova rotina de computação," disse Heiner Kremer, membro da equipe.

A técnica funciona com uma variedade de materiais, de esferas de vidro e hidrogel a células biológicas. E, como os campos acústicos manipulam as células com muita delicadeza, sem danificá-las - neste caso as células são manipuladas em meio líquido -, a equipe aposta que a formação de culturas celulares e tecidos em 3D será a primeira área a tirar proveito da impressão 3D acústica.

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