BEM VINDO AO FUTURO DO 3D ... O 4D!

E se os tubos se pudessem fixar automaticamente sem rachar ou partir?

E se a roupa pudesse mudar de acordo com o tempo ou a actividade do utilizador?

Móveis que se montam sozinhos... próteses que se adaptam ao crescimento...

Mas a verdade é que estas são apenas algumas das possíveis aplicações que a tecnologia de impressão 4D prevê.

A impressão 3D existe há quase 30 anos e quando ainda se está a desenvolver e em acelerado e profundo processo de investigação, vão-se descobrindo novos materiais e aplicações e novas tecnologias ... como a 4D.

No MIT Self-Assembly Lab, cresce e desenvolve-se este projecto da impressão 4D. O seu objectivo é combinar tecnologia e design para inventar materiais programáveis e tecnologias de auto-montagem com o objectivo de reinventar a construção, fabrico, montagem de produtos e desempenho.

Entretanto, no Instituto Wyss, Universidade de Harvard, conseguiu-se imprimir um objecto que, quando entra em contacto com a água, muda de forma, resultando numa espécie de floração das suas extremidades – mind blowing!! Neste instituto desenvolveram um material baseado em estruturas naturais, tais como plantas, que foi injectado com fibras celulósicas durante o processo de impressão.

O que é a impressão 4D?

Inspirado pelo princípio da auto-montagem, a impressão 4D é o processo pelo qual um objecto impresso em 3D é transformado numa estrutura diferente pela influência da entrada de energia externa, como a temperatura, luz ou outros estímulos ambientais, ou seja, obter um objecto através da tecnologia 3D que, graças às propriedades do material a partir do qual é fabricado, é capaz de mudar quando sujeito a um estímulo ambiental.

Esta é precisamente a diferença entre a tecnologia 3D e 4D: a capacidade dos objectos de se transformarem ao longo do tempo sem intervenção humana.

Materiais utilizados

A chave para a impressão 4D não é tanto o processo, baseado nas conhecidas impressoras 3D, mas sim os materiais. Como se trata de uma tecnologia bastante nova, os materiais disponíveis não são tão variados como os utilizados para a impressão standard em 3D. No entanto, há algumas muito interessantes.

SMP (polímeros de memória de forma)

Polímeros que permanecem rígidos à temperatura ambiente e que oferecem propriedades especiais quando atingem o ponto de transição vítrea. Um exemplo é o TPU SMP da Convena: um filamento 4D com uma composição baseada em TPU (poliuretano termoplástico) que permite o pós-processamento para modificar a forma das peças impressas em 3D. Graças à sua composição especial e tecnologia de Polímero de Memória de Forma, as peças impressas com este filamento podem ser modificadas manualmente, permitindo-lhes adquirir outra forma e mantê-la ao longo do tempo.

O processo de modificação da forma de uma peça impressa em 3D com filamento SMP TPU consiste em colocar a peça impressa em 3D num recipiente com água quente até atingir a sua temperatura de transição vítrea. Neste ponto, a peça amolece e o utilizador pode facilmente modificar a sua forma. Uma vez arrefecida, a peça mantém a forma adquirida e permanece estável. Além disso, as peças impressas em 3D com filamento SMP TPU podem ser restauradas à sua forma original, invertendo o processo. Por outras palavras, a temperatura de transição vítrea do material é novamente atingida.

LCE (elastómeros de cristal líquido)

Contêm cristais líquidos que são sensíveis ao calor. 

Ao controlar a sua orientação, a forma desejada pode ser programada: sob o efeito da temperatura, o material relaxará e transformar-se-á de acordo com o código ditado.

Hidrogel

Cadeias de polímeros que consistem principalmente em água, particularmente utilizada em processos de fotopolimerização. Estes últimos estão concentrados no sector médico devido à sua biocompatibilidade.

Além disso, alguns processos de impressão 4D podem utilizar vários materiais, principalmente compósitos como madeira ou carbono, que são adicionados ao SMP ou hidrogel.

Isto resulta em objectos com áreas rígidas e móveis.

4D SHAPESHIFTING ARCHITECTURE

Aplicações

Dadas as muitas vantagens destes materiais inteligentes, as aplicações da impressão 4D são inúmeras.

Construção

A construção de estruturas adaptadas ao clima, tais como pontes, abrigos ou outras instalações, constituiria um enorme passo em frente neste domínio. Tijolos 4D capazes de modificar paredes e telhados para se adaptarem ao ambiente, permitiriam modificar e melhorar as condições interiores.

Medicina

Neste caso, a impressão 4D oferece a possibilidade de criar dispositivos feitos à medida, inteligentes e evolutivos. Por exemplo, ao imprimir um implante 4D, o seu estado e viabilidade poderiam ser mais facilmente monitorizados depois de integrados no paciente.

Este conceito é aplicável a toda a medicina regenerativa e ao fabrico de estruturas celulares. A impressão 4D permitiria às células adaptarem-se ao corpo humano em função da sua temperatura, por exemplo. Se falarmos de medicamentos, seria possível, por exemplo, imprimir um dispositivo que libertasse a dose necessária, dependendo da temperatura corporal do paciente.

Transportes

Há alguns meses atrás, a BMW e o MIT apresentaram o seu material insuflável, que muda de forma e tamanho sob o efeito de pulsos de ar. As aplicações são muito interessantes, pois no futuro poderemos ter pneus que possam reparar-se a si próprios em caso de furo ou adaptar-se ao terreno e às condições meteorológicas do ambiente.

No caso da indústria aeronáutica, um componente impresso 4D poderia reagir à pressão atmosférica ou às mudanças de temperatura e assim alterar a sua função. A Airbus está actualmente a trabalhar em tais desenvolvimentos, uma vez que estes componentes poderiam substituir dobradiças e actuadores hidráulicos, aliviando significativamente os dispositivos. Além disso, está também a trabalhar no desenvolvimento de materiais termo-reactivos para arrefecer os motores de avião.

Raúl Pulido Casillas, um engenheiro espanhol, criou um tecido inteligente estampado em 4D para a NASA. A malha metálica, feita de peças de prata unidas entre si, tem regulação térmica programada na sua impressão. Por outras palavras, não só a sua forma foi impressa, mas também a função dos materiais. Como é capaz de reflectir calor no exterior e retê-lo no interior, poderia ser um elemento ideal para fazer fatos de astronauta ou cobrir naves espaciais.

Moda

Na indústria têxtil, a estampagem 4D também está a encontrar o seu lugar. A possibilidade de imprimir sapatos que se adaptem ao movimento, impacto, temperatura e pressão atmosférica é uma possibilidade. Os militares dos EUA já fizeram uma incursão neste campo e estão a testar uniformes que mudam de cor dependendo do ambiente, ou que regulam a transpiração, dependendo do pulso do soldado ou da temperatura ambiente.

Embora ainda esteja na infância, a tecnologia 4D irá revolucionar o fabrico e a natureza dos objectos durante os próximos anos, tal como a impressão 3D fez nos seus dias.

4D PRINTED PROGRAMMABLE MATERIALS