Impressão 3D: 100 vezes mais rápida com luz

janeiro 11, 2019
Contact: Fernanda Pires fpires@umich.edu

ANN ARBOR—Um novo método de impressão 3D que levanta formas complexas de um cubo líquido – como se por mágica – poderia revolucionar a impressão de trabalhos manufaturados, considerados relativamente pequenos com até 10.000 itens idênticos.

O método permitiria a impressão sem a necessidade de um molde que pudesse custar mais de US $ 10 mil. Além disso, também seria 100 vezes mais rápido do que a impressão 3D convencional, que constrói objetos 3D com uma série de linhas 1D e que até agora não foi capaz de responder a trabalhos menores, em tempos de produção típicos de uma ou duas semanas.

“O uso de abordagens convencionais não é possível a menos que você tenha centenas de máquinas,” disse Timothy Scott, professor de engenharia química na U-M, que liderou o desenvolvimento da nova abordagem de impressão 3D, juntamente com o professor de engenharia Mark Burns.

O método solidifica a resina líquida usando duas luzes para controlar onde a resina endurece e onde permanece líquida. Isso permite que a equipe solidifique a resina em padrões mais sofisticados. Eles podem fazer um baixo-relevo 3D em uma única cena, em vez de uma série de linhas 1D ou seções transversais 2D. Suas demonstrações de impressão incluem uma treliça, um barco de brinquedo e um bloco M.

A new way to 3D print, developed at the University of Michigan, uses two lights to control the solidification of resin, enabling complex shapes to be pulled from a vat at 100 times the print speed of conventional 3D printers. Image credit: Evan Dougherty

“É uma das primeiras verdadeiras impressoras 3D de todos os tempos”, disse Burns, professor de engenharia química e engenharia biomédica.

Embora pareça um truque de mágica – a luz puxa um cubo de líquido como um mago arranca um coelho de um chapéu – este verdadeiro método 3D não foi tão fácil de produzir. Foi necessário superar as limitações dos esforços anteriores que incluíam a solidificação da resina na janela de abertura através da qual a luz brilha, interrompendo o trabalho de impressão exatamente como começou.

Ao criar uma região relativamente grande, onde a solidificação não ocorre, as resinas mais espessas – potencialmente com o fortalecimento de aditivos em pó – podem ser usadas para produzir objetos mais duráveis. O método também melhora a integridade estrutural da impressão 3D de filamentos, uma vez que esses objetos possuem pontos fracos nas interfaces entre as camadas.

“Você pode obter materiais muito mais fortes e muito mais resistentes ao desgaste,” disse Scott.

Ao adicionar uma segunda luz para deter a solidificação, a equipe de Michigan foi capaz de produzir um espaço muito maior – entre o objeto e a janela, com um milímetro de espessura, permitindo que a resina flua milhares de vezes mais rápido.

A chave para o sucesso é a química da resina. Nos sistemas convencionais, há apenas uma reação. Um fotoativador endurece a resina onde a luz brilha. Há também um fotoinibidor, que responde a um comprimento de onda da luz.

Em vez de simplesmente controlar a solidificação em um plano 2D, como fazem as atuais técnicas de impressão de depósitos, a equipe de Michigan pode modelar os dois tipos de luz para endurecer a resina em praticamente qualquer lugar 3D que esteja perto de uma janela com iluminação.

A U-M registrou três pedidos de patentes para proteger os múltiplos aspectos inventivos da abordagem, e Scott está se preparando para lançar uma nova empresa.

Um artigo descrevendo esta pesquisa será publicado na Science Advances com o título em inglês, “Rapid, continuous additive manufacturing by volumetric polymerization inhibition patterning,” ou seja “Fabricação aditiva rápida e contínua por padrões de inibição de polimerização volumétrica.”