Novo método de impressão 3D torna polímeros biodegradáveis em componentes eletrônicos, para uma eletrônica mais sustentável.
Fonte: TechXplore (traduzido para o Português)
De telas de smartphone sensíveis ao toque a dispositivos vestíveis e fones sem fio, os eletrônicos se tornaram cada vez mais integrados na vida diária, se tornando menores, mais leves e flexíveis. Mas, à medida que a demanda por dispositivos eletrônicos cresce, também cresce a necessidade de formas mais sustentáveis de produzi-los.
Este é o problema que a equipe de pesquisa liderada pelo Professor Associado Michinao Hashimoto, da Universidade de Tecnologia e Design de Singapura (SUTD) decidiu enfrentar. A equipe desenvolveu um novo método de impressão 3D que transforma materiais biodegradáveis em estruturas condutoras de eletricidade, que podem acrescentar um forte elemento de sustentabilidade em vários componentes eletrônicos.
“Com o avanço da impressão 3D, a tecnologia não é mais só sobre moldar plásticos”, disse o Professor Associado Hashimoto. “É também sobre incorporar funcionalidades, como a condutividade, para criar componentes eletrônicos diretamente de materiais sustentáveis.”
No artigo “Impressão por extrusão de compostos de polímeros eletricamente condutivos via precipitação de imersão”, a equipe explorou o uso de acetato de celulose, um plástico derivado de plantas, que é biodegradável e cada vez mais considerado a alternativa mais verde aos polímeros sintéticos. Porém, imprimindo com este material é longe de ser simples. O estudo foi publicado no jornal ACS Applied Engineering Materials.
Métodos de impressão baseado em extrusão convencional, como a modelagem de deposição fundida (FDM), depende de alta temperatura, ao qual o acetato de celulose não pode resistir sem se degradar. Outros métodos, como a fundição de filme, não possuem a precisão e a flexibilidade requeridas pela fabricação digital.
Para superar isto, os pesquisadores voltaram para a escrita a tinta, que extruda tintas de polímero a temperatura ambiente. A tinta combinada com acetato de celulose dissolvida em acetona com micropartículas de grafite, para obter condutividade elétrica. Porém, a tinta se espalha facilmente no ar, causando uma impressão pobre devido à evaporação lenta da acetona.
O avanço veio quando os pesquisadores introduziram um meio aquoso ao redor. Extrudando a tinta diretamente na água, iniciou-se um processo chamado de precipitação de imersão, onde a água rapidamente extrai a acetona da tinta, que por sua vez, se solidifica. Importantemente, este processo impede o espalhamento do material, permitindo a formação de estruturas 3D bem definidas.
“Esta é a primeira vez que a imersão por precipitação e a impressão 3D foram combinadas, para produzir compostos de polímero condutivo.”, explicou o Professor Associado Hashimoto. “Isto nos permite imprimir tintas com um teor de enchimento muito maior que o normal, sem obstrução ou colapso estrutural.”
A maioria dos métodos de impressão tem dificuldade de lidar com enchimentos condutores acima de 30% a 50%. Além deste limite, entupimento do bico ou perda de controle da forma se tornam um problema. Mas, com a técnica baseada em imersão, os pesquisadores foram capazes de incorporar concentrações de grafite a até 60%, enquanto mantém boas impressibilidade e uniformidade. Os compostos impressos alcançaram condutividade de 30 S/m (Siemens por metro), o suficiente para aplicações como circuitos flexíveis e sensores leves.
A sustentabilidade ambiental foi a principal força motriz por trás do projeto. O acetato de celulose e o grafite são biodegradáveis e amplamente disponíveis. A acetona, o solvente utilizado na tinta, tem baixa toxicidade e se decompõe facilmente no solo e na água. A combinação desses materiais permite que a equipe ofereça um caminho viável para a fabricação de eletrônicos com menor impacto ambiental.
A equipe pretende adaptar a abordagem para outras combinações de polímeros e cargas, testando como os materiais impressos se comportam ao longo do tempo em condições reais. O objetivo principal é criar uma plataforma escalável e de baixo custo para produzir dispositivos sustentáveis e de alto desempenho.
O Professor Associado Hashimoto acrescentou: “Ao ajustar as propriedades dos materiais e refinar o processo, nosso objetivo é construir uma biblioteca completa de compostos funcionais e imprimíveis, personalizados para aplicações específicas, seja em tecnologia vestível, biossensores ou circuitos flexíveis.“
