Recentemente, os pesquisadores chineses da Universidade Jiaotong de Xian desenvolveram um novo material de impressão 4D. O material possui excelente capacidade de auto reparação, remodelação e pode ser aplicado no projeto e fabricação de robôs, sirenes inteligentes, bioimplantes, entre outros.
Os componentes alcançados pela impressão 4D mostram capacidade inteligente de auto adaptação, automontagem e até mesmo auto reparação, mostrando grande potencial em biomedicina, produção e fabricação, aeroespacial e outros campos, e estão recebendo cada vez mais atenção.
Megatron, o “embaixador” da Universal Studios de Pequim, é apenas um avatar de um filme de ficção científica, mas este robô transformável de acordo com as necessidades, evoca as memórias de infância de uma geração. Muitas crianças têm essa imaginação: muletas que podem se transformar automaticamente em guarda-chuva quando chove; sofá pode ajustar automaticamente a forma de acordo com a pessoa que carrega; roupas podem mudar a cor automaticamente com as condições ambientais. O advento da impressão 4D pode transformar tais fantasias em realidade.
Na TED 2013 (tecnologia, entretenimento, Design), um pesquisador do MIT, Skyla Tibis, demonstrou uma experiência mágica. Depois de colocar na água vários compósitos de PVC em forma de corda fabricados por impressão 3D, o material muda automaticamente de forma, formando a sigla MIT. De forma experimental, os pesquisadores mostraram a impressão 4D mais visualmente na frente das pessoas.
No início do desenvolvimento da impressão 4D, as pessoas geralmente acreditam que a impressão 4D adiciona uma dimensão temporal à impressão 3D. Ou seja, o objeto impresso pode ser auto-ajustado na estrutura morfológica ao longo do tempo e, finalmente, atingir automaticamente os requisitos de pré-design.
No entanto, a impressão 4D não somente obteve mais um “D” (dimensão) em comparação com a impressão 3D.
Com o avanço contínuo da pesquisa, os cientistas acreditam que o conceito de impressão 4D deve incluir pelo menos dois aspectos: um é que ele adiciona uma nova dimensão de tempo com base na impressão 3D. Ao mesmo tempo, a dimensão espacial também é expandida, aumentando a capacidade de alterar o espaço do componente de impressão a qualquer momento. O segundo é que, estimulado por condições ambientais específicas externas, a impressão 4D é capaz de fabricar não apenas componentes em que a forma sofre uma mudança controlada, mas também componentes em que o desempenho e a função sofrem uma mudança controlada.
A razão pela qual a impressão 4D pode alcançar esse efeito mágico é que ele usa materiais inteligentes como sua principal matéria-prima. A impressão 4D gera produtos que, sob a ação de um ambiente específico (como água, calor, eletricidade, luz, magneto etc.) e mecanismos interativos, são capazes de formar produtos com características de estrutura dinâmica inteligente. Isso é muito diferente da impressão 3D, que usa materiais comuns como matéria-prima e produz produtos com estrutura estática. Assim, a impressão 4D também é considerada a impressão 3D de materiais inteligentes.
As variações de produto geradas pela impressão 4D não são aleatórias, mas estão sob controle pré-programado pelo pesquisador. Integração de design e fabricação através de “programação” para incorporar o design em materiais inteligentes, simplificando o processo de criação da ideia de design para o objeto físico. A impressão 4D transforma a forma “programada” de criação em realidade. Portanto, alguns dizem que os produtos impressos em 3D estão “mortos”, enquanto os produtos impressos em 4D estão “vivos”.
Com a sociedade humana caminhando para a era inteligente, a tecnologia de impressão 4D é oportuna. Ele e os materiais inteligentes se promovem mutuamente e se desenvolvem juntos, e já mostraram boas perspectivas de desenvolvimento de aplicações em muitas áreas.
Na Biomedicina, a impressão 4D tem proporcionado importantes avanços na implantação inteligente de stents e dispositivos de entrega de medicamentos, assim como na substituição de órgãos.
No final de 2021, a equipe de pesquisa do Instituto de Física e Química de Lanzhou, da Academia Chinesa de Ciências, projetou e desenvolveu um novo material de hidrogel para alcançar com sucesso o stent vascular impresso 4D, que é esperado para resolver o problema de stent vascular difícil de redeformar após a implantação no corpo. A equipe de pesquisa do instituto de automação da academia chinesa de ciências, Shenyang, usou a tecnologia de impressão 4D para criar um robô de software nanodimensionado que pode ser enviado para o corpo humano para manuseio e liberação controlada de medicamentos. A equipe de pesquisa da universidade de Qingdao desenvolveu um portador de células estaminais de impressão 4D. Usando este tipo de “patch de ferida” para “anexar” as células estaminais, a pele da ferida pode ser regenerada e reparada rapidamente.
Na área de produção e fabricação, a tecnologia de impressão 4D está assumindo uma outra direção, imprimindo itens de menor volume que depois se montam como produtos.
No setor aeroespacial, a aplicação da tecnologia de impressão 4D pode reduzir a complexidade da estrutura dos componentes, reduzir os custos e melhorar o desempenho das aeronaves espaciais.
Por exemplo, a antena parabólica dobrável com impressão 4D, antes do lançamento, aquecê-la acima de uma temperatura específica, amassá-la em massa e colocá-la no dispositivo de transmissão, em seguida, resfriar a forma fixa. Depois de entrar na órbita operacional, a antena é capaz de voltar à sua forma original e funcionar corretamente, usando energia solar para aquecer a antena. Este tipo de antena parabólica permite uma estrutura espacial complexa e, ao mesmo tempo, o uso racional do espaço do satélite, reduzindo significativamente os custos de lançamento.
Além disso, os materiais inteligentes impressos em 4D podem se adaptar melhor ao ambiente hostil do espaço sideral. A bandeira chinesa exibida em Marte pelo veículo espacial “Zhurong” é feita de materiais de polímero de memória de forma desenvolvidos independentemente pela Universidade de Tecnologia de Harbin. Ele pode se desenvolver de forma autônoma e permanecer estável no ambiente agressivo de baixa temperatura e alta radiação de Marte.
Impressão 4D para aplicações militares
Em agosto de 2022, a Allied Market Research relatou que a produção da indústria militar mundial de impressão 4D será estimada em US$ 673.4 milhões em 2040. O site do observatório do mercado dos EUA também informou que o mercado militar de impressão 3D e 4D deverá ter um crescimento anual composto de mais de 10% entre 2022 e 2031. Assim, pode-se perceber a importância da tecnologia de impressão 4D para a estratégia de defesa nacional.
O traje de combate de camuflagem adaptativa é um dos projetos mais antigos na área militar que explora a aplicação de técnicas de manufatura aditiva. Ele pode realizar como um camaleão, ajustar sua cor automaticamente com o ambiente para melhorar o efeito de camuflagem. Com o advento da tecnologia de impressão 4D e o desenvolvimento de materiais inteligentes, as funções de camuflagem deste traje de combate estão sendo aprimoradas ou podem ter um impacto revolucionário no campo de batalha do futuro em termos de combate oculto.
Os componentes de armas e equipamentos projetados e fabricados com tecnologia de impressão 4D podem realizar as mudanças correspondentes na estrutura e função em condições de campo de batalha em rápida mudança, melhorando assim a adaptabilidade ambiental, otimizando o desempenho e reduzindo os custos.
Baseado na tecnologia 4D da NASA concebido um projeto futuro inteligente variante da aeronave, a forma do avião, como o ambiente de mudanças adaptativas, otimização e relação de vacúolos de voo e navegação, e mudar as asas do avião para reforçar a mobilidade, para obter melhor desempenho em combate. Pesquisadores canadenses também estão desenvolvendo um novo tipo de asa flexível adaptativa para drones usando a impressão 4D. Isso tornará as asas dos drones mais eficientes em voar e menos dispendiosas de fabricação.
A capacidade de automontagem da impressão 4D também tem uma ampla aplicabilidade no campo militar. Após a impressão, os equipamentos como barracas de acampamento, botes salva-vidas individuais e suportes de ambulância de campo de batalha podem ser comprimidos ou dobrados para facilitar o armazenamento e, em seguida, desdobrados automaticamente em uma forma pré-projetada ao usar. Isso simplifica muito as etapas e o processo de montagem, reduz o custo das peças de montagem e é mais fácil de transportar e transportar.
Como uma nova tecnologia de fabricação aditiva que está em rápida tendência de aumento, a impressão 4D realiza o uso inovador combinado de novos materiais, novos processos e novos mecanismos, promove a fabricação de design dinâmico integrado de “material-estrutura-função” e promove o desenvolvimento do modo de fabricação para a transformação inteligente. Apesar de muitos desafios, como tipos e propriedades de materiais inteligentes, processos e equipamentos de impressão, revisão e inspeção de componentes inteligentes, o futuro da impressão 4D é promissor.
Fonte: Diário do Povo
