Novo gel metálico adiciona uma quarta dimensão à impressão 3D

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Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte desenvolveram um novo gel metálico eletricamente condutor que pode ser usado com impressoras 3D de nível comercial. Além de conduzir eletricidade, o novo material de impressão também reage ao calor à medida que seca, o que significa que pode imprimir numa quarta dimensão – o tempo. Um artigo detalhando o uso deste gel condutor em impressão 3D e 4D foi publicado na revista Matter.

A impressão 3D abriu um novo mundo de possibilidades. É mais fácil do que nunca para os designers gerarem e testarem protótipos dos seus produtos, para os artistas criarem moldes personalizados e para os educadores construírem modelos e dioramas para os seus públicos.

Mas a impressão 3D, pelo menos com as máquinas simples disponíveis para uso doméstico, tem sido largamente limitada ao plástico. Os metais podem ser impressos em 3D, mas o processo é muito mais complicado. Agora, os pesquisadores desenvolveram um novo gel metálico compatível com bicos de impressão convencionais em temperatura ambiente.

“A impressão 3D revolucionou a fabricação, mas não temos conhecimento das tecnologias anteriores que permitiam imprimir objetos metálicos 3D à temperatura ambiente em uma única etapa”, diz Michael Dickey, co-autor correspondente do artigo e do livro Camille e Henry Dreyfus. Professor de Engenharia Química e Biomolecular na Universidade Estadual da Carolina do Norte. “Isso abre a porta para a fabricação de uma ampla gama de componentes e dispositivos eletrônicos.”

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A criação do gel começa com uma solução de partículas de cobre em escala micrométrica suspensas em água. Depois de adicionar uma pequena quantidade de liga de metal líquido índio-gálio e misturar bem, as partículas de metal líquido e cobre começam a se unir de tal forma que formam uma “rede” de gel metálico dentro da solução aquosa.

“Essa consistência gelatinosa é importante porque significa que há uma distribuição bastante uniforme de partículas de cobre em todo o material”, diz Dickey. “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 obstruindo a impressora.”

Devido ao seu design de partículas metálicas em suspensão, o novo gel também possui algumas propriedades interessantes que podem ser exploradas para imprimir estruturas mais novas.

Como relatam os pesquisadores em seu novo artigo, a aplicação de calor a um objeto impresso em gel enquanto ele seca cria uma quantidade significativa de tensão dentro do material. O estresse causado por essa evaporação acelerada da água é grande o suficiente para causar alterações adicionais na forma ao longo do tempo – introduzindo efetivamente o tempo como uma quarta dimensão no processo de impressão.

“Em última análise, este tipo de impressão quadridimensional – as tradicionais três dimensões, mais o tempo – é mais uma ferramenta que pode ser usada para criar estruturas com as dimensões desejadas”, diz Dickey. “Mas o que achamos mais interessante neste material é a sua condutividade.”

“Como os objetos impressos acabam sendo 97,5% metálicos, eles são altamente condutores. Obviamente não é tão condutor quanto o fio de cobre convencional, mas é impossível imprimir fio de cobre em 3D à temperatura ambiente. E o que desenvolvemos é muito mais condutor do que qualquer outra coisa que possa ser impressa. Estamos muito entusiasmados com as aplicações aqui.”

Para demonstrar isso, os pesquisadores usaram seu gel metálico para imprimir uma “aranha condutora”. Impressa numa superfície plana, os investigadores viram a aranha lentamente começar a levantar-se e a montar-se à medida que secava sob aquecimento. A estrutura resultante manteve sua condutividade, sendo capaz de acender dois “olhos” de LED quando conectada a uma bateria de 6 volts.