Co-Impressão Líquido-Sólido Inovadora: Criar Sistemas 3D Totalmente Funcionais com Novo Método da University of Colorado

Professor Robert MacCurdy e a sua equipa na University of Colorado at Boulder desenvolveram e caracterizaram um método para imprimir estruturas 3D com uso simultâneo de diferentes materiais, incluindo líquidos e sólidos, para produzir sistemas funcionais completos, não apenas componentes individuais.

Tech Briefs: O que o levou a começar este projeto?

Professor Robert MacCurdy: O meu background é em robótica, e fiquei realmente entusiasmado no início do meu trabalho de Ph.D, ao tentar pensar em formas que poderíamos automatizar design e fabricação de robôs — essa é ainda a motivação central do meu trabalho.

O meu objetivo é desenvolver ferramentas que permitam a designers humanos responder muito rapidamente a novas necessidades e muito rapidamente desenhar, e depois fabricar robôs para essas necessidades.

Tech Briefs: Pode contar-nos mais sobre o processo?

MacCurdy: Tipicamente, todas as tintas inkjet são depositadas como líquido e depois expostas a calor ou luz e transicionam para sólido. Mas se também incluirmos materiais que permaneçam permanentemente como líquido, podemos usar o líquido como material de suporte.

Temos três cenários diferentes, baseados nos dois materiais diferentes que estamos a considerar. Se um dos materiais é mais flutuante que o outro, separam-se como água e óleo. Se há diferenciais de tensão superficial entre os dois materiais, a gota superior, que de outra forma cairia através da inferior, seria mantida na interface pela sua tensão superficial.

E finalmente, mesmo se a densidade estiver errada, e mesmo se a tensão superficial estiver errada, se puder fotopolimerizar rapidamente o suficiente para que transicione de líquido para sólido enquanto ainda está na superfície e tem outras gotas adjacentes a ele, elas também estão a fotopolimerizar. Então poderia potencialmente criar estruturas físicas que ficariam locked in place e não continuariam a afundar através do líquido.

Isso permite-nos imprimir estruturas, por exemplo, espirais, que seriam impossíveis de limpar usando materiais de suporte existentes. O método inkjet requer material de suporte mas eventualmente tem de o remover.

No entanto, materiais de suporte existentes são bastante difíceis de remover de canais no tipo de estrutura espiral e capilar complicada que criámos no nosso lab. No nosso método, como o material de suporte é tão baixo em viscosidade, flui facilmente para fora de todos os canais com um pouco de fluxo de fluido.

Imprimimos o sólido e o líquido ao mesmo tempo. Então, está tudo pronto para ir assim que lava o material de suporte.

Tech Briefs: O que está a trabalhar é tipo os parafusos e porcas básicos que poderiam ser usados para construir coisas no futuro?

MacCurdy: Isso mesmo — queremos adicionar mais tintas à paleta do pintor. E líquido é importante porque transmite vantagens que apenas adicionar uma cor diferente de sólido não ajudaria necessariamente.

Vamos continuar com o tema de robôs mas explorar e expandir nos diferentes tipos de estruturas que podemos fazer.

Uma versão editada desta entrevista apareceu na edição de Junho 2022 da Tech Briefs.