Impressão 3D à base de luz: «tinta» inovadora permite um ciclo de materiais em circuito fechado
Equipa de investigação desenvolve um material polimérico que pode ser decomposto nos seus componentes individuais e reutilizado
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Os polímeros utilizados na impressão 3D baseada em luz são muito estáveis devido à sua estrutura química, mas são normalmente difíceis de reciclar. Uma equipa de investigação liderada pela Prof.ª Dra. Eva Blasco, investigadora do Instituto de Engenharia de Sistemas Moleculares e Materiais Avançados (IMSEAM) da Universidade de Heidelberg, concebeu agora um material polimérico que pode ser desmontado nos seus componentes individuais quando necessário. Uma «chave» química faz com que o material já impresso se decomponha nos seus blocos de construção moleculares em questão de segundos. Estes podem ser recuperados e reutilizados num processo de fabrico circular.
A cadeia molecular do material metaestável (à esquerda) é mantida unida por uma única fechadura (laranja). Assim que a chave química da direita abre essa fechadura, toda a cadeia desintegra-se em poucos segundos (imagens à direita).
© Forschungsgruppe Blasco
Entre os métodos de fabrico aditivo — ou seja, a impressão 3D —, destacam-se as abordagens de alta precisão baseadas na luz, como o processamento digital de luz, para a produção de estruturas pequenas e complexas. São utilizadas, por exemplo, na medicina personalizada ou na robótica suave. Estas tecnologias baseiam-se em «tintas» líquidas que, quando expostas à luz, solidificam, formando estruturas tridimensionais. São normalmente constituídas pelos chamados termofixos, cujos blocos de construção estão ligados de forma permanente e irreversível numa rede permanente. Isto torna os materiais muito estáveis, mas são praticamente não recicláveis e, segundo os cientistas, podem tornar-se uma fonte de fluxos constantes de resíduos.
Para tornar a impressão 3D baseada na luz mais sustentável, a equipa de investigação de Heidelberg concebeu um material denominado «metaestável», que pode ser decomposto nos seus componentes individuais sem comprometer a precisão, a qualidade ou a estabilidade mecânica. Como base para o seu trabalho, os cientistas utilizaram um polímero especial que reage a um sinal químico. «A longa cadeia molecular é mantida unida por um único ponto de ruptura pré-determinado. Assim que um gatilho químico específico abre este ponto, toda a cadeia se decompõe nas suas partes constituintes em segundos à temperatura ambiente, como uma fila de dominós», explica Johannes Markhart, um doutorando que realiza investigação na equipa de Eva Blasco. O ponto de ruptura pré-determinado funciona como uma fechadura que só se abre com a chave certa.
Nas suas experiências, a equipa de investigação conseguiu utilizar o novo material metaestável para produzir várias estruturas tridimensionais complexas com detalhes à escala do micrómetro, demonstrando assim a sua adequação como «tinta» de alta resolução. «Combina elevada qualidade de impressão com uma propriedade que, até agora, era praticamente inexistente nos materiais poliméricos para impressão 3D: pode ser completamente desmontado nas suas partes individuais sem deixar qualquer resíduo», afirma Johannes Markhart. Os cientistas conseguiram então isolar estes blocos de construção e reconvertê-los num polímero. Análises espectroscópicas confirmaram que a composição química do polímero reciclado é idêntica à do material de partida a nível molecular. «Quando reutilizado, o material apresentou as mesmas propriedades que durante o primeiro processo de impressão», afirma o Dr. Philipp Mainik, que contribuiu para a investigação enquanto doutorando.
«A nossa abordagem demonstra que a estabilidade e a reciclabilidade não têm de ser mutuamente exclusivas. Esperamos que isto possa abrir caminho para uma verdadeira circularidade química e, assim, contribuir para processos de fabrico mais sustentáveis», salienta a Prof.ª Blasco, que, juntamente com o seu grupo no IMSEAM e no Instituto de Química Orgânica da Universidade de Heidelberg, conduz investigação na intersecção entre a química macromolecular, a ciência dos materiais e a fabrico aditivo.
A investigação foi realizada no âmbito do Cluster de Excelência «3D Matter Made to Order», uma colaboração entre a Universidade de Heidelberg e o Instituto de Tecnologia de Karlsruhe. A Fundação Alemã de Investigação, a Fundação Carl Zeiss e o Fundo da Indústria Química financiaram esta investigação. Os resultados da investigação foram publicados na revista «Advanced Materials».
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