ESA e Zortrax executam impressão 4D para o espaço

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Quebrando barreiras e redefinindo o futuro, o fabricante polonês de impressoras 3D Zortrax foi pioneiro no desenvolvimento de tecnologias de impressão 4D após um projeto de um ano com a Agência Espacial Europeia (ESA) para avançar na exploração espacial.

Aproveitando o poder da impressora 3D dupla M300 da Zortrax e uma versão sob medida do Z-SUITE, seu software proprietário de impressão 3D, a equipe de P&D da Zortrax criou estruturas 3D complexas. Esses designs de ponta foram construídos usando polímeros com memória de forma e materiais eletricamente condutores, atuando como atuadores e aquecedores responsivos, respectivamente.

A colaboração desses materiais rendeu demonstradores de tecnologia capazes de exibir três tipos de movimentos: flexão, torção e desdobramento. Impressionantemente, cada movimento pode ser ativado pressionando um botão. Com a conclusão bem-sucedida deste ambicioso projeto, Zortrax agora está no limiar de projetos avançados com potencial de financiamento substancial, preparado para impulsionar o desenvolvimento desta tecnologia e trazer a impressão 4D ativada eletricamente para o reino das missões espaciais.

Ao usar sua tecnologia de impressão 3D de extrusão dupla com materiais avançados, o processo pode construir mecanismos leves e confiáveis. Além disso, esses mecanismos funcionam independentemente de atuadores, motores ou circuitos de controle separados, marcando um avanço significativo para outros setores de alta tecnologia, incluindo aviação, produção de energia e defesa.

Mergulhar no mundo da impressão 4D revela a intrigante quarta dimensão: o tempo. Com o tempo como uma variável adicional, os objetos impressos podem adaptar sua geometria e outras propriedades em resposta a vários estímulos, como temperatura, umidade ou corrente elétrica, como uma estrutura de origami se desdobrando quando aquecida.

O conceito começou a ganhar força por volta de 2013, quando Skylar Tibbits, codiretor do Laboratório de Automontagem do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), começou a discutir e promover o conceito em várias conferências de tecnologia. Como resultado, Tibbits é frequentemente creditado por cunhar o termo "impressão 4D".

De acordo com Michał Siemaszko, chefe de P&D da Zortrax, "a impressão 4D gerou muito interesse na indústria espacial porque, em teoria, a tecnologia poderia permitir que engenheiros e projetistas de missões reduzissem o peso de estruturas implantáveis ​​como antenas, booms ou vários sensores. O peso de tais estruturas feitas tradicionalmente é sempre uma soma da própria estrutura e do mecanismo para implantá-la. Mas se fosse possível livrar-se completamente dos mecanismos de implantação, eles poderiam ser ainda mais leves e menores."

Demonstrador de desdobramento ativado eletricamente feito com tecnologia de impressão 4D. Imagem cortesia de Zortrax.

Embora a promessa da impressão 4D seja inegável, ela não vem sem um conjunto de obstáculos. Por exemplo, a tecnologia exige materiais "inteligentes" adequados que possam transformar sua forma ou propriedades de maneira confiável ao longo do tempo em resposta a estímulos específicos. Além disso, controlar o ambiente para desencadear essas mudanças, particularmente nas duras condições do espaço, apresenta um desafio único. No entanto, graças ao financiamento da ESA, Zortrax trabalhou em um conceito para resolver esses problemas.

"O estímulo mais comumente usado para a ativação de mecanismos impressos em 4D é a temperatura. Olhando para aplicações espaciais, a amplitude da mudança de temperatura pode ser muito grande e mesmo que possa ser usada como um gatilho para ativação de mudança de forma, pode ser difícil controle de forma gradual. Portanto, em sistemas espaciais, é mais fácil controlar a entrada elétrica", diz Ugo Lafont, Engenheiro de Física e Química de Materiais da ESA. "A ideia por trás deste projeto era aproveitar a capacidade de mudança de forma induzida termicamente, mas usando uma ativação mais controlada via calor gerado pela corrente elétrica. Tais conceitos estão sendo avaliados devido ao seu potencial de diminuir o número de peças em sistemas complexos, mantendo sua capacidade de fornecer movimento e atuação controlados e sob demanda."