Tinta revolucionária para impressão 3D conta com “arma secreta” para a sustentabilidade

Uma nova tinta promete fazer com que a impressão 3D dê um salto gigante em relação à sustentabilidade. Criada por pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego, Estados Unidos, ela utiliza uma solução simples de água salgada para solidificar, eliminando a necessidade de produtos químicos tóxicos e processos complexos utilizados nas técnicas tradicionais.

O processo usa uma solução de polímero líquido conhecida como poli (N-isopropilacrilamida), ou PNIPAM. Quando esta tinta PNIPAM é extrudada através de uma agulha em uma solução salina de cloreto de cálcio, ela se solidifica instantaneamente ao entrar em contato com a água salgada.

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A rápida solidificação é impulsionada por um fenômeno chamado “efeito salting-out”, em que os íons de sal retiram moléculas de água da solução polimérica devido à sua forte atração pela água. Essa remoção de água faz com que as cadeias poliméricas hidrofóbicas na tinta PNIPAM se agreguem densamente, criando uma forma sólida.

Impressão 3D mais simples e ecológica

Os métodos tradicionais para solidificar polímeros normalmente exigem etapas que consomem muita energia e substâncias agressivas. Em contraste, o novo processo aproveita a interação simples entre a tinta PNIPAM e a água salgada à temperatura ambiente para alcançar o mesmo resultado, mas sendo bem mais sustentável.

Além disso, esse processo é reversível. As estruturas sólidas produzidas na impressão 3D podem ser facilmente dissolvidas em água doce, voltando à forma líquida. Isso permite que a tinta PNIPAM seja reutilizada para impressão posterior.

Para demonstrar a versatilidade do método, os pesquisadores imprimiram estruturas a partir de tintas PNIPAM contendo outros materiais. Por exemplo, eles imprimiram um circuito elétrico usando a nova tinta misturada com nanotubos de carbono, que alimentou com sucesso uma lâmpada.

Ilustração da pesquisa — Imagem: a) Impressão de solução de tinta à base de PNIPAM em um substrato umedecido por uma solução salina para solidificação espontânea e rápida. A estrutura impressa à direita tem aproximadamente dez camadas ao longo do eixo Z. b) Impressão embutida de tinta solução à base de PNIPAM em um banho de suporte composto por Pluronic F-127 e CaCl2. c) Fotografias de vista lateral e superior exibindo duas estruturas diferentes de PNIPAM/PVA solidificadas com tamanhos diferentes impressas no meio do banho. d) Todo o processo de reciclagem da estrutura impressa do PNIPAM: dissolução em água, evaporação da água e “redissolução” em água. e) Estrutura impressa descartável eletricamente condutora e solúvel em água baseada em PNIPAM/CNT. f) Transportador de PNIPAM carregado com corante transferindo o corante vermelho para o substrato inferior enquanto se dissolve em água. g) Atuador multiestágio autodobrável e desdobrável respondendo a mudanças ambientais simples nas concentrações de sal / Ji, D., Liu, J., Zhao, J. et al. Sustainable 3D printing by reversible salting-out effects with aqueous salt solutions. Nat Commun 15, 3925 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-48121-7

Este circuito impresso também pode ser dissolvido em água doce, mostrando o potencial para a criação de componentes eletrônicos solúveis em água e recicláveis. Um artigo sobre a pesquisa – que também envolveu cientistas da Universidade de Hanyang, na Coreia do Sul – foi publicado recentemente na revista Nature Communications.