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Impressão 3D com areia

Engenheiros do Laboratório Nacional Oak Ridge, nos EUA, fizeram a impressão 3D cruzar uma fronteira que poucos apostariam que sequer valesse a pena tentar superar.

Eles desenvolveram uma receita para manufatura aditiva que permite criar estruturas de areia com geometrias intrincadas e com uma resistência excepcional.

O segredo está em um polímero solúvel em água que funciona como uma espécie de cola para os grãos de areia - a equipe usou areia de sílica comum, mas a técnica pode ser usada com qualquer material em pó.

O conceito foi inspirado na impressão a jato de tinta, com a diferença de que, em vez de usar tinta, o cabeçote da impressora injeta um polímero líquido para ligar um material em pó, criando um design 3D camada por camada - é o polímero de ligação que dá força aos objetos de areia impressos.

Esquema da técnica de impressão 3D com areia.
[Imagem: Dustin B. Gilmer et al. - 10.1038/s41467-021-25463-0]

Aglutinante para areia

Dustin Gilmer e seus colegas não tiveram que reinventar a roda: Eles adaptaram uma polietilenoimina (PEI) para criar um ligante que dobrou a resistência das peças de areia, em comparação com ligantes convencionais.

Mesmo com esse reforço, contudo, as peças impressas por jato de ligante saem da impressora bastante porosas. Entra em ação, então, a segunda etapa, quando as porosidades são preenchidas com uma cola líquida de cura rápida, à base de cianoacrilato.

Esta segunda etapa proporcionou um aumento de resistência de oito vezes, criando um composto de areia com polímero mais forte do que qualquer outro e do que quaisquer materiais de construção conhecidos, incluindo as paredes de alvenaria.

"Poucos polímeros são adequados para servir como aglutinante para esta aplicação. Procurávamos propriedades específicas, como solubilidade, que nos dessem o melhor resultado. Nossa principal descoberta foi a estrutura molecular única do nosso aglutinante PEI, que o torna reativo com cianoacrilato para atingir uma resistência excepcional," disse o professor Tomonori Saito.

A areia é um material de construção de custo relativamente baixo, mas isso não significa que a técnica também o seja: A cola à base de cianoacrilato não é exatamente barata, o que restringirá a adoção da técnica a nichos do setor da construção civil.