Metais cultivados crescem para ficar ultrafortes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/10/2025

Giroide feito de ferro usando a nova técnica de cultivo de metais.
[Imagem: Alchemy EPFL]

Fabricação aditiva

Embora a impressão 3D de metais venha avançando rapidamente, em alguns casos até superando as ligas aeroespaciais atuais, fazer o metal "crescer" pode ser uma solução ainda mais vantajosa.

Para desenvolver sua nova técnica bioinspirada, Yiming Ji e colegas da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, partiram de um método já conhecido, a fotopolimerização em cuba, uma técnica de impressão 3D na qual uma resina sensível à luz é vertida em uma cuba e, em seguida, endurecida seletivamente no formato desejado usando um laser ou luz UV.

Em vez de usar luz para endurecer uma resina pré-infundida com precursores metálicos, como ocorre nos métodos existentes, Ji primeiro criou uma estrutura tridimensional a partir de um gel simples à base de água, um hidrogel. Em seguida, esse hidrogel é infundido "em branco" com sais metálicos, que são então convertidos quimicamente em nanopartículas metálicas, que vão permear a estrutura.

Esse processo pode então ser repetido para produzir compósitos com concentrações metálicas muito altas, essencialmente fazendo a peça metálica "crescer" pela contínua adição das nanopartículas - a equipe chama seu método de "cultivo de metais".

Diagrama do processo de cultivo das peças metálicas.
[Imagem: Yiming Ji et al. - 10.1002/adma.202504951]

Metais que crescem

Após 5 a 10 ciclos de crescimento, uma etapa final de aquecimento queima o hidrogel restante, deixando para trás o produto final: Um objeto de metal ou cerâmica no formato do polímero em branco original, com densidade e resistência sem precedentes.

Como os hidrogéis são infundidos com os sais metálicos somente após a fabricação, a técnica permite que um único hidrogel seja transformado em vários compósitos, cerâmicas ou metais diferentes.

"Nosso trabalho não apenas permite a fabricação de metais e cerâmicas de alta qualidade com um processo de impressão 3D acessível e de baixo custo; ele também destaca um novo paradigma na manufatura aditiva, onde a seleção de materiais ocorre após a impressão 3D, e não antes," disse o professor Daeyl Ye.

A equipe está agora trabalhando na automação do processo, que ficará mais rápido usando robôs.
[Imagem: Yiming Ji et al. - 10.1002/adma.202504951]

Arquiteturas 3D avançadas

A equipe fabricou intrincadas formas matemáticas de treliças, chamadas giroides, usando ferro, prata e cobre, demonstrando a capacidade da técnica de produzir estruturas fortes, porém complexas.

Para testar a resistência de seus materiais, a equipe usou um dispositivo chamado máquina de teste universal para aplicar pressão crescente aos giroides. "Nossos materiais podem suportar 20 vezes mais pressão em comparação aos produzidos com métodos anteriores, enquanto apresentam apenas 20% de retração contra 60-90%," contou Ji.

A técnica é especialmente interessante para a fabricação de arquiteturas 3D avançadas, que precisam ser simultaneamente resistentes, leves e complexas, como sensores, dispositivos biomédicos ou dispositivos para conversão e armazenamento de energia. Por exemplo, catalisadores metálicos são essenciais para possibilitar reações que convertem energia química em eletricidade. Outras aplicações podem incluir metais de elevada área superficial com propriedades avançadas de resfriamento para tecnologias de energia.

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