Acabamos de imprimir o microfone em uma impressora 3D em laboratório - e depois haverá ficção científica completa em geral

A idéia de criar um objeto físico a partir de um arquivo digital parece emocionante. Ela lembra dos replicadores de Star Trek que podem fazer de tudo, de roupas a peças de uma nave espacial e comida. A impressão 3D de hoje está dando passos impressionantes nessa direção, o que é de grande interesse para muitos fabricantes. Por exemplo, tornou-se possível imprimir os componentes de dispositivos eletrônicos complexos em equipamentos relativamente simples - como minha equipe de pesquisa acabou de demonstrar , criando, em nossa opinião, o primeiro microfone impresso em uma impressora 3D.

Para impressão 3D, já existem muitos materiais diferentes , incluindo os semelhantes à madeira e à prata. No entanto, a maioria das máquinas se limita a trabalhar com materiais sintéticos - plástico, polímeros de borracha e nylon. Normalmente, as máquinas imprimem apenas um material de cada vez ou alternam uma paleta de dois a três materiais. Mas isso ainda deixa um grande potencial, especialmente para dar propriedades diferentes aos materiais. Isso pode ser conseguido através da mistura de nanopartículas de outro material com as propriedades necessárias.


Se, por exemplo, você deseja que seu material conduza corrente, você pode adicionar nanotubos de prata, ouro ou carbono. Isso possibilita a impressão de circuitos eletrônicos. Se você precisar de piezoeletricidade - a geração de eletricidade por compressão - poderá adicionar titanato de bário ao material. O objeto resultante pode ser transformado em um sensor de som ou calor ou em uma unidade de energia, um dispositivo que faz com que outros componentes se movam.

Alternando entre circuitos, sensores e atuadores durante uma única impressão, você pode criar um componente eletrônico em funcionamento como um todo. Nos últimos anos, as pessoas usaram essa técnica para fabricar coisas como componentes ópticos para lentes ou painéis, ou acelerômetros - dispositivos que medem o movimento de vários objetos, de uma pessoa correndo a terremotos. Ela também nos permitiu criar nosso microfone, traduzi-lo de um arquivo digital para a realidade em apenas seis horas.

Arquive seu plástico

Idealmente, gostaríamos de usar uma das impressoras 3D populares da MakerBot, cujo custo começa em £ 1000, mas elas não gostam de adicionar pequenas partículas ao material. Eles trabalham apertando um fio de plástico, que depois esfria e solidifica, e as nanopartículas entopem esse sistema - especialmente se você adicionar muitos deles para aprimorar as propriedades do material.

Em vez disso, usamos o Asiga Pico 27 ​​plus a um preço de £ 6.000. Ele usa " processamento digital de luz " e cura o plástico, iluminando-o com luz ultravioleta. A luz é construída com 4000 micro-espelhos, semelhantes aos usados ​​em projetores domésticos. Para criar um modelo, a impressora projeta um conjunto de imagens bidimensionais em plástico líquido e move o modelo levemente para cima cada vez que a camada é curada. As nanopartículas alteram a duração da iluminação necessária para curar e absorvem e dispersam levemente a luz incidente, mas levando isso em conta, a impressão pode ser feita com êxito.


Uma das desvantagens dessa tecnologia é que ela não é boa em alterar os tipos de material. Como o material de origem é plástico líquido, ele deve ser mantido em recipientes: o modelo é imerso em líquido ao imprimir cada camada seguinte. Para trocar o material, é necessário parar tudo e trocar os tanques manualmente, antes de imprimir a próxima camada.

Isso pode ser contornado deixando um furo no modelo no lugar de outro material. Em seguida, você pode alterar os materiais e imprimir dentro desse furo, resultando em um objeto tridimensional com propriedades internas interconectadas.

O que acontecerá a seguir

Os problemas técnicos da impressão 3D de um microfone em funcionamento estão relacionados principalmente ao controle do processo, à escolha do tempo de exposição à radiação ultravioleta com precisão de milissegundos e à cuidadosa combinação e mistura de diferentes materiais. O resultado final é um dispositivo que se comporta quase como um microfone normal, com exceção da baixa relação sinal / ruído e a resistência muito grande das camadas condutoras. Ele, por exemplo, não pode ser comparado com um microfone de silicone no seu smartphone.


Nosso microfone

Outras equipes que tentaram imprimir com materiais nanocompósitos enfrentaram problemas semelhantes. Na fabricação dos componentes ópticos ou acelerômetros que mencionei, eles geralmente tentavam incorporar microchips e sensores pré-fabricados em objetos impressos ou corrigir o plástico após a impressão. Ainda não chegamos ao ponto em que será possível, por exemplo, imprimir um smartphone de qualidade decente a partir do zero: Samsung e Apple ainda podem relaxar.



No entanto, nossas habilidades atuais ainda nos oferecem possibilidades surpreendentes, principalmente porque boas unidades são mais fáceis de imprimir do que bons sensores. Bem-vindo ao campo emergente da robótica eletrônica, onde existe o potencial de imprimir mãos que capturam de maneira tão suave e precisa quanto as humanas; ou nanorrobôs, desempacotados como origami, ao atingir o órgão desejado no corpo humano; ou mesmo robôs inteiros, como peixes por referência , capazes de imitar os movimentos complexos dos animais.

Já existem protótipos de tais dispositivos, embora combinem componentes impressos e convencionais. Após 10 anos, provavelmente, será possível imprimir o todo. Assim, assim como os personagens de Star Trek do século 24, em breve seremos capazes de selecionar um arquivo com algum dispositivo interessante e imprimi-lo sob encomenda. O que você diz - tentáculo robótico macio? Bem, enquanto para essas coisas ainda não existem aplicativos móveis, isso é apenas uma questão de tempo .