O que é a Impressão 4D e como difere da Impressão 3D?

Image Credit: Made360/.com

Os cientistas estão agora a olhar para a quarta dimensão para criar uma nova geração de materiais impressos inteligentes capazes de mudar a sua forma.

3D Impressão vs Impressão 4D

Impressão tridimensional, também conhecida como fabricação de aditivos, pega uma planta digital e a transforma em um objeto físico usando desenho assistido por computador (CAD).

Uma estrutura 2D repetitiva é construída, camada por camada, de baixo para cima até que uma construção 3D esteja completa. O objecto acabado é caracterizado pela sua rigidez e incapacidade de mudar de forma, como qualquer peça típica de metal ou plástico.

O processo de impressão 4D é essencialmente o mesmo – utiliza as mesmas impressoras 3D, e o computador executa o mesmo programa para depositar material em camadas sucessivas até que uma estrutura 3D seja formada.

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No entanto, a impressão 4D acrescenta uma nova dimensão, onde a estrutura pode mudar de forma ao longo do tempo. Ela requer materiais únicos e desenhos personalizados a serem incorporados ao programa para que a impressão 3D mude de forma quando acionada por um estímulo específico, como calor, água ou luz.

Este ingrediente programável – um hidrogel ou polímero de memória de forma – é capaz de alterar sua forma física ou propriedades termomecânicas de uma forma programável com base na entrada do usuário ou sensoriamento autônomo.

Os hidrogel podem absorver grandes quantidades de água e podem ser programados para encolher ou expandir com mudanças no ambiente externo. Os polímeros de memória de forma podem retornar à sua forma original a partir de uma forma deformada quando um estímulo é aplicado.

Embora a impressão 3D contenha as instruções para imprimir sucessivamente camadas de material, a impressão 4D adiciona um código geométrico preciso ao processo com base nos ângulos e dimensões da forma desejada. Ela fornece a memória de formas e instruções sobre como mover ou adaptar sob certas condições ambientais.

Pesquisa em formulários impressos 4D

Existem muitas instituições e empresas atualmente pesquisando formulários impressos 4D e suas possíveis aplicações.

O Laboratório de Auto-montagem do MIT é o lar de um projeto que combina tecnologia e design para inventar tecnologias de auto-montagem e materiais programáveis para reimaginar a construção, fabricação, montagem de produtos e desempenho.

Um desenvolvimento vê uma estrutura impressa lentamente dobrada em outra conformação quando colocada em água quente. Isto poderia permitir que estruturas muito maiores fossem impressas em uma escala menor para expandir ou desdobrar em uma etapa posterior.

O laboratório tem pesquisado madeira programável, que poderia ser ampliada para móveis de auto-montagem. Imagine uma placa plana impressa em 4D que se enrola em uma cadeira adicionando água ou luz.

Video Credit: Self-Assembly Lab, MIT/Vimeo

O fundador do laboratório, Skylar Tibbits, acredita que a tecnologia tem grande potencial em muitas áreas, incluindo a indústria da moda. Ele prevê treinadores que mudam seu ajuste em seus pés dependendo do que você está fazendo, e roupas que podem alterar sua composição em resposta ao tempo.

No entanto, é mais provável que você se cruze com a impressão 4D na forma de implantes médicos ou sistemas mecânicos que mudam a configuração em diferentes condições ambientais.

Pesquisadores da Universidade de Wollongong na Austrália desenvolveram uma válvula de água impressa 4D que fecha quando exposta à água quente, e abre novamente uma vez que a temperatura tenha esfriado. Ela usa uma tinta hidrogel que responde rapidamente sob o calor.

4D impressão pode ser usada em biotecnologia ou em medicina. Por exemplo, stents impressos em 4D poderiam ser colocados em vasos sanguíneos e expandir quando alcançarem a área certa, adicionando suporte extra. Elas também podem ser usadas em cápsulas de medicamentos que mudam de forma para liberar o medicamento quando chegam ao seu destino.

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Pesquisadores da Universidade George Washington desenvolveram um tipo de resina líquida fotocurável, imprimível em 4D, a partir de um composto acrílico de óleo de soja epoxidado renovável. Isto pode ser usado como um andaime para o crescimento de células-tronco de medula óssea.

Outras aplicações médicas podem incluir proteínas auto-configuráveis ou proteínas auto-dobráveis – outro projeto do Laboratório de Auto-montagem do MIT.

Usos adicionais incluem tubos auto-reparadores que alteram seu diâmetro em resposta à demanda e vazão de água, e curam rachaduras ou quebras em si mesmos. Tais materiais seriam vantajosos em ambientes extremos como o espaço, pois as formas transformáveis dos materiais impressos em 4D permitiriam a construção de pontes e abrigos, ou a possibilidade de auto-reparação quando danificados pelo tempo.

Arquitetura também poderia se beneficiar, pois fachadas adaptáveis ou telhados autoabertos/fechados que são ativados pelo tempo também estão entre as aplicações futuras.

O Futuro da Impressão 4D

A tecnologia de impressão 4D ainda está muito em fase inicial de investigação e desenvolvimento.

Correntemente, os únicos locais com probabilidade de albergar formas impressas 4D são laboratórios e instalações de prototipagem, bem como algumas exposições de arquitectura e instalações de arte.

O futuro parece promissor e, tal como na impressão 3D, a lista de possíveis aplicações é enorme. O uso de materiais tão inteligentes poderia revolucionar o mundo dos materiais como os conhecemos.

Referências e Leituras Adicionais

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