Cientistas desenvolvem nova técnica para melhorar a qualidade do 3D

27 de julho de 2023

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Na última década, as tecnologias de impressão 3D passaram por desenvolvimentos e mudanças sem precedentes. Eles agora permitem a fabricação rápida de objetos tridimensionais a um custo muito competitivo. Isso torna as impressoras 3D especialmente atraentes e pertinentes para vários campos, incluindo a indústria aeroespacial ou dispositivos médicos.

Até recentemente, o paradigma na impressão 3D baseada em luz ou na fabricação aditiva (AM) dependia principalmente do uso de uma cuba de resina fotopolímérica líquida. Um feixe de luz ultravioleta (UV) cura a resina, uma camada de cada vez, enquanto uma plataforma move o objeto que está sendo feito para baixo após o endurecimento de cada nova camada.

A luz UV é escaneada para solidificar a resina ponto por ponto ou aplicada à resina curando toda a camada de uma só vez. Devido à natureza camada por camada do processo de impressão, essas técnicas AM baseadas em luz têm grandes restrições geométricas e limitações de rendimento.

Num novo artigo publicado na Light: Advanced Manufacturing, uma equipa de cientistas liderada pelo professor Christophe Moser da Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne desenvolveu uma nova técnica para melhorar a qualidade de itens impressos em 3D sem ampliar os padrões projetados.

Nos últimos anos, assistimos ao surgimento de várias tecnologias de fabricação aditiva totalmente volumétrica (VAM) que se afastam da abordagem camada por camada.

A fotopolimerização de dois fótons representa o que há de mais moderno em impressão volumétrica com luz. Permite a fabricação de objetos em microescala com resolução lateral de 100 nm e resolução axial de 300 nm. No entanto, este processo é lento, com uma velocidade de impressão de apenas 1–20 mm3/h e requer fontes caras de laser de femtossegundos.

Em última análise, a resolução óptica da impressora determina o tamanho do voxel impresso alcançável. No DLP e no VAM tomográfico, a resolução óptica é determinada, na melhor das hipóteses, pelas características do modulador usado para padronizar a luz, ou seja, o DMD.

A equipe de pesquisa utilizou um chip DLP7000 da Texas Instruments que possui em sua superfície Nx × Ny = 768 × 1.024 microespelhos dispostos em uma matriz retangular capaz de exibir imagens de 8 bits. A imagem DMD é ampliada por um fator de 1,66 no sistema óptico da equipe. O padrão resultante no frasco é de 1,74 cm x 2,33 cm com resolução de 23 μm.

A única forma de aumentar o tamanho dos objetos impressos sem comprometer a resolução é mover o DMD para o frasco ou vice-versa. A equipe propôs mover a amostra ao redor do feixe de luz com uma trajetória helicoidal. Eles mostraram que o tamanho imprimível lateral poderia ser duplicado sem comprometer a resolução, descentralizando o eixo óptico em relação ao eixo de rotação da cuba de fotoresina.

Juntos, esses dois truques aumentam o número de blocos de construção dentro do frasco por um fator de até 12. Os voxels impressos disponíveis são usados ​​para imprimir objetos maiores de até 3 cm × 3 cm × 5 cm em poucos minutos.