Impressão 3D: de ossos artificiais a casas inteiras

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/07/2013

Os padrões geométricos criados por impressão 3D são baseados em materiais naturais, como os ossos e a madrepérola. [Imagem: Leon S. Dimas et al./AFM]

Com tecidos sintéticos que imitam tecidos vivos e até uma orelha biônica sendo produzidos por impressão 3D, por que não imprimir ossos?

A proposta é atraente e as impressoras 3D estão cada vez melhores, mas produzir ossos tem desafios especiais.

Os ossos são fortes e resistentes porque seus dois materiais constituintes - uma proteína de colágeno e o mineral hidroxiapatita - são dispostos hierarquicamente em padrões complexos que vão se alterando em todas as escalas do compósito, do nível micro até o macro.

E as estruturas hierárquicas que dão a força aos compósitos naturais são geradas por automontagem, através de reações eletroquímicas, um processo que não pode ser facilmente replicado em laboratório.

Agora, pesquisadores do MIT, nos Estados Unidos, desenvolveram uma técnica que permite transformar seus desenhos de computador, detalhados até o nível micro, diretamente para uma impressora 3D.

Leon Dimas e seus colegas conseguiram transformar seus desenhos CAD em padrões geométricos que mesclam polímeros moles e duros, replicando padrões naturais - as amostras apresentaram propriedades similares às dos ossos humanos.

Um dos materiais impressos para demonstrar a técnica é 22 vezes mais resistente a fraturas do que o mais forte dos seus materiais constituintes, algo conseguido unicamente pela disposição hierárquica interna da estrutura.

Invisibilidade e casas

"Os padrões geométricos que usamos nos materiais sintéticos são baseados em materiais naturais, como os ossos e a madrepérola, mas também incluem desenhos que não existem na natureza," disse o professor Markus Buehler, que orientou o trabalho.

E é nesses desenhos que não existem na natureza que se encontra outra aplicação potencial da técnica.

Como funciona desde o nível micro até a macro, e pode ser usada para construir compósitos partindo de dois ou mais materiais constituintes, a técnica poderá ser usada para imprimir metamateriais, materiais artificiais que lidam com a luz de uma forma que nenhum material natural faz - criando, por exemplo, mantos da invisibilidade.

Mas Buehler vai muito além.

Ele espera que edifícios inteiros possam ser impressos com materiais otimizados que incorporem circuitos elétricos, encanamentos e sistemas de colheita de energia: "As possibilidades parecem infinitas, já que estamos apenas começando a explorar o tipo de características geométricas e combinações de materiais que podem ser impressos."

Bibliografia:

Tough Composites Inspired by Mineralized Natural Materials: Computation, 3D printing, and Testing
Leon S. Dimas, Graham H. Bratzel, Ido Eylon, Markus J. Buehler
Advanced Functional Materials
Vol.: Article first published online
DOI: 10.1002/adfm.201300215

Fonte: Inovação Tecnológica