Pesquisadores da Universidade de Tóquio desenvolvem novo método de impressão 4D para uma fabricação mais eficiente e sustentável

Pesquisadores da Universidade de Tóquio revelaram um novo método que combina impressão 2D, origami e química para obter rápida fabricação de objetos 3D sem gerar qualquer desperdício de material.

Conhecido como impressão 4D, este método introduz uma abordagem distinta de fabricação 3D, com potencial para superar limitações e abrir perspectivas intrigantes para diversos setores. Ao contrário das técnicas convencionais de impressão 3D camada por camada, que levam a tempos de produção prolongados e desperdício de material, os pesquisadores inspiraram-se na impressão 4D. Aqui, materiais com propriedades únicas se autodobram em formas 3D complexas sob condições específicas, aproveitando o tempo como um aspecto crucial na transformação.

“Nosso maior desafio foi refinar as opções de hardware e materiais, o que levou mais de um ano para chegar às escolhas finais”, disse Koya Narumi, professor assistente de projetos do Departamento de Engenharia Elétrica e Sistemas de Informação da Universidade de Tóquio. “Mas todas as tentativas e erros valeram a pena; em comparação com pesquisas anteriores em torno desta mesma ideia básica, melhoramos a resolução de saída em 1.200 vezes, o que significa que os designs que podemos criar não são apenas novidades, mas podem ser usados ​​para aplicações reais. No futuro, poderemos explorar materiais funcionais, como tintas condutoras ou magnéticas, que poderão permitir máquinas e outros dispositivos funcionais.”

Um novo método para fabricação rápida e sem desperdício

No centro da técnica está uma impressora jato de tinta especializada, projetada para lidar com materiais reativos a UV. Embora estas impressoras possam implicar um custo mais elevado, são facilmente acessíveis em comunidades de fabricantes e oficinas partilhadas. A impressora aplica um design de origami 2D com precisão em ambos os lados de uma folha de plástico termorretrátil. Além disso, a tinta utilizada no processo de impressão permanece inalterada durante o encolhimento subsequente, garantindo que mantém a sua flexibilidade mesmo após a secagem. Ao incorporar estrategicamente espaços entre seções de tinta em ambos os lados, os designers ganham controle preciso sobre a direção de dobra da folha.

O processo de autodobragem é acionado submetendo a folha plana ao calor com água quente. Como resultado desta exposição ao calor, a folha de base encolhe. Durante esse processo, a tinta, que apresenta resistência ao encolhimento, desempenha um papel fundamental, fazendo com que o material se dobre espontaneamente em uma estrutura complexa semelhante a um origami.

“Minha equipe e eu descobrimos como usar ferramentas e materiais acessíveis para criar objetos 4D dobráveis”, acrescentou Narumi. “Essencialmente, estamos criando folhas planas com padrões de origami, e esses padrões podem ser complexos, levando horas para serem formados até mesmo por um artista de origami habilidoso. Mas graças ao nosso processo especial, você pode derramar água quente sobre essas folhas planas e observar como elas se transformam em formas 3D complexas em questão de segundos.”

Os pesquisadores expressaram entusiasmo pelo potencial significativo desta técnica única em diversas aplicações. Entre estes, a indústria da moda pode beneficiar, pois muitas vezes enfrenta o desperdício de materiais, especialmente no contexto de designs personalizados. A capacidade da tecnologia de transportar itens impressos em 4D enquanto permanecem planos oferece uma solução atraente para enfrentar obstáculos logísticos e de armazenamento, tornando-a uma opção pragmática para condições de recuperação de desastres. Itens essenciais, como equipamentos médicos, podem ser impressos em formas planas e transformados em objetos 3D totalmente funcionais no local.

Conforme afirmado pelos investigadores, o processo de impressão 4D está atualmente em constante exploração e desenvolvimento, fornecendo informações sobre um futuro potencial onde a fabricação rápida e sem desperdícios poderá tornar-se uma realidade. Os investigadores afirmaram que “antecipam ansiosamente” a sua implementação prática e o impacto em diversas indústrias.

Impressão 4D: a próxima fronteira na fabricação 3D

Pesquisadores da Universidade de Tianjin da China conseguiram imprimir em 4D um robô macio autopropulsor capaz de movimento independente. Construído com um material elastômero de cristal líquido, o robô apresentava uma estrutura semelhante a um tubo que se automontava após exposição ao calor. Através de padrões de dobra inteligentemente programados, os investigadores induziram tensão no corpo do robô, permitindo-lhe rolar de forma semelhante a um tronco. Notavelmente, este robô macio impresso em 4D apresentou capacidades superiores, incluindo atravessar superfícies planas, subir uma inclinação de 20° e transportar com sucesso uma carga de até 40 vezes a sua própria massa.