A fórmula de impressão 3D dos investigadores pode transformar o futuro da espuma
Desde almofadas de assento a colchões e isolamento, a espuma está em todo o lado - mesmo que nem sempre a vejamos. Agora, investigadores da Universidade do Texas em Dallas fundiram a química com a tecnologia para criar uma espuma impressa em 3D que é mais durável e mais reciclável do que a espuma de polímero encontrada em muitos produtos do dia a dia.
Investigadores da Universidade do Texas em Dallas fundiram a química com a tecnologia para criar uma espuma impressa em 3D que é mais durável e mais reciclável do que a espuma de polímero encontrada em muitos produtos do quotidiano. A investigação, que aparece na edição impressa de 1 de março da revista RSC Applied Polymers, centrou-se na criação de uma espuma resistente mas leve que pudesse ser impressa em 3D.
University of Texas at Dallas
A investigação, que foi publicada na edição impressa de 1 de março da RSC Applied Polymers, uma revista da Royal Society of Chemistry, centrou-se na criação de uma espuma resistente mas leve que pudesse ser impressa em 3D, um método que ainda é largamente inexplorado no fabrico comercial, disse a coautora principal do estudo, a estudante de doutoramento da UT Dallas Rebecca Johnson BS'20.
"Este é provavelmente o projeto mais longo que alguma vez fiz", disse Johnson, que planeia concluir o seu doutoramento em química em maio. "Do início ao fim, foram um pouco mais de dois anos. Grande parte do trabalho foi tentar obter a formulação correta do polímero para ser compatível com a impressora 3D."
Embora a produção de novos materiais compatíveis com a tecnologia 3D seja um desafio, disse Johnson, o processo de impressão 3D permitiu aos investigadores criar formas complexas que poderiam ser personalizadas em aplicações de fabrico. Para demonstrar a prova de conceito, produziram espuma com a forma de um cão balão.
"O objetivo do projeto era abordar algumas limitações da impressão 3D em termos de produção de espuma de polímero", afirmou o Dr. Ron Smaldone, professor associado de química e bioquímica na Escola de Ciências Naturais e Matemática e autor correspondente do estudo. "Uma das principais utilizações, ou interesses, das espumas imprimíveis em 3D é o isolamento e a absorção de choques."
Com mais investigação e experimentação, Smaldone disse que este tipo de espuma e processo poderia ser usado para itens de absorção de alto impacto, como capacetes de motociclismo ou futebol, para-choques de carros ou armaduras. Smaldone referiu ainda que a impressão 3D permite a criação de estruturas mais complexas, como redes finas, o que pode aumentar a flexibilidade física do material e proporcionar maior versatilidade nas aplicações.
Os investigadores também analisaram a forma de criar um material que pudesse ser impresso em 3D num produto final consistente sem muitos defeitos. A maior parte da espuma comercial é termoendurecida, o que significa que sofre uma reação química durante a moldagem que fixa permanentemente a sua estrutura no lugar, impedindo-a de ser remodelada, derretida ou dissolvida. Como resultado, a maior parte da espuma de polímero não pode ser reciclada e acaba em aterros sanitários, disse Smaldone.
Os pesquisadores da UT Dallas desenvolveram sua espuma durável usando ligações reversíveis especiais, chamadas de química covalente dinâmica. Embora a espuma não possa ser completamente derretida e remodelada como o plástico, estas ligações permitem que o material se repare a si próprio quando danificado, tornando-o mais versátil e duradouro.
"Não somos certamente os únicos a tentar fazer isto", disse Smaldone. "A novidade é utilizar a química dinâmica para imprimir um material de espuma realmente fantástico. A próxima questão a abordar será: como é que ajustamos as propriedades e utilizamos este novo tipo de conhecimento para satisfazer uma variedade de necessidades diferentes?"
Johnson e o outro coautor principal do estudo, o estudante de doutoramento em química Ariel Tolfree BS'23, desenvolveram as suas ideias depois de estudarem investigação semelhante no terreno. Tolfree, que considera Johnson o seu mentor, planeia expandir a investigação examinando a forma de tornar a espuma mais reciclável e explorando o potencial de sustentabilidade da espuma.
Tolfree disse que criar um cão balão de espuma como um dos objectos de teste do grupo foi uma escolha natural.
"É uma forma simples, mas representa perfeitamente as nossas espumas", disse Tolfree. "Um balão parece vulgar até ser transformado em algo novo, quase desafiando as expectativas. As nossas espumas são iguais - despretensiosas no início, mas depois de expandidas e transformadas, tornam-se algo notável."
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Publicação original
Rebecca M. Johnson, Ariel R. Tolfree, Gustavo Felicio Perruci, Lyndsay C. Ayers, Niyati Arora, Emma E. Liu, Vijayalakshmi Ganesh, Hongbing Lu, Ronald A. Smaldone; "3D printable polymer foams with tunable expansion and mechanical properties enabled by catalyst-free dynamic covalent chemistry"; RSC Applied Polymers, Volume 3, 2025
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