Híbrido polímero-metal dá força e velocidade à nanoimpressão 3D

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/12/2022

A mistura dos metais no polímero deu uma força e resistência às peças muito além da suprida apenas pela montagem em forma de treliça.
[Imagem: John Kulikowski]

Nanoimpressão 3D 100 vezes mais rápida

Um novo material para impressão 3D em nanoescala - criando estruturas que têm uma fração da largura de um fio de cabelo humano - viabilizou a fabricação aditiva de minúsculas redes que são fortes e leves.

"O que fizemos foi desenvolver um material que é realmente bom em resistir a forças, então não é apenas a estrutura 3D, mas também o material que fornece uma proteção muito boa," disse a professora Wendy Gu, da Universidade de Stanford.

O novo material, que é um híbrido de metal e polímero, é capaz de absorver o dobro de energia do que outros materiais impressos em 3D de densidade comparável. A ideia é que ele seja usado para criar proteções melhores e mais leves para peças de satélites, drones e microeletrônica.

Além disso, o nanocompósito mostrou-se compatível com acrilatos, epóxis e proteínas - várias classes comuns de polímeros usados na impressão 3D.

Ao combinar o material com proteínas, por exemplo, a equipe conseguiu imprimir a uma taxa de 100 milímetros por segundo, o que é cerca de 100 vezes mais rápido do que o obtido anteriormente na impressão de proteínas em nanoescala.

As nanopartículas metálicas podem ser adicionadas a qualquer material comum de impressão 3D.
[Imagem: Qi Li et al. - 10.1126/science.abo69]

Nanoaglomerados metálicos

Para obter uma impressão 3D em nanoescala, a equipe partiu de materiais já utilizados na manufatura aditiva e adicionou a eles nanoaglomerados de metal, minúsculos aglomerados de átomos, o que gera peças híbridas de polímero e metal.

Acontece que essas nanopartículas metálicas otimizaram muito um método conhecido como litografia de dois fótons, onde o material de impressão é endurecido por meio de uma reação química iniciada pela luz de um laser.

"Os nanoaglomerados têm propriedades muito boas para absorver a luz do laser e depois convertê-la em uma reação química," disse Gu. "E eles são capazes de fazer isso com várias classes de polímeros, por isso são ainda mais versáteis do que eu esperava."

Os pesquisadores testaram seu novo material com várias estruturas treliçadas diferentes, priorizando a capacidade de suportar cargas em algumas, e a capacidade de absorver impactos em outras. Com o composto metal-polímero, todas as estruturas apresentaram uma impressionante combinação de absorção de energia, força e capacidade de recuperação - a capacidade de um material de saltar de volta após ser espremido.

"A estrutura de treliça certamente importa, mas o que estamos mostrando aqui é que, se o material de que ela é feita for otimizado, isso é mais importante para o desempenho," diz Gu. "Você não precisa se preocupar com exatamente qual é a estrutura 3D se tiver os materiais certos para imprimir."

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