Notícia com publicação científica
Novo método de impressão 3D permite a fabricação de peças metálicas ou cerâmicas com alta resistência e complexidade
Método é capaz de produzir peças metálicas e cerâmicas complexas a partir de um gel à base de água, com potenciais aplicações biomédicas, na área de energia e de sensoriamento de última geração

Grupo de Pesquisa ALCHEMY, EPFL

Corte transversal de hidrogel com infusão de cobre

9 de outubro de 2025, 14:45

Fonte

Celia Luterbacher, EPFL

Publicação Original

Escola Politécnica Federal de Lausanne

Áreas

Biomateriais, Biomecânica, Ciência dos Materiais, Engenharia Biomédica, Fotônica, Impressão 3D, Nanotecnologia

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Resumo

Usando um novo paradigma na impressão 3D – em que a seleção de materiais ocorre após a impressão 3D, e não antes – pesquisadores conseguiram produzir peças metálicas e cerâmicas de alta resistência a partir do uso de um hidrogel simples à base de água.

Com a estrutura tridimensional já produzida com o hidrogel, os pesquisadores realizaram então a infusão com sais metálicos, antes de convertê-los quimicamente em nanopartículas contendo o metal que permeiam a estrutura.

As peças resultantes podem suportar até 20 vezes mais pressão do que se fossem produzidas com métodos tradicionais.

A técnica pode ser especialmente interessante para a fabricação de arquiteturas 3D avançadas que precisam ser simultaneamente resistentes, leves e complexas.

Foco do Estudo

Desenvolver peças metálicas e cerâmicas de alta resistência e geometria complexa usando um novo paradigma de impressão 3D.

Estudo

Embora alguns métodos de impressão 3D tenham sido desenvolvidos para a produção de peças metálicas e cerâmicas com o uso de polímeros – como é o caso da fotopolimerização em cuba – o Dr. Daryl Yee, chefe do Laboratório de Química de Materiais e Fabricação da Escola de Engenharia da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, explicou que os materiais produzidos com essas técnicas sofrem sérios problemas estruturais. “Esses materiais tendem a ser porosos, o que reduz significativamente sua resistência, e as peças sofrem com contração excessiva, o que causa deformação”, explicou o pesquisador.

Recentemente, o Dr. Daryl Yee e sua equipe publicaram um estudo na revista científica Advanced Materials que descreve uma solução única para esse problema: uma variação do método de fotopolimerização em cuba usando hidrogel e precipitação por infusão repetida.

Em vez de usar luz para endurecer uma resina pré-infundida com precursores metálicos, como métodos anteriores, a equipe da EPFL primeiro criou uma estrutura tridimensional a partir de um gel simples à base de água (hidrogel). Em seguida, os pesquisadores infundiram o hidrogel com sais metálicos, antes de convertê-los quimicamente em nanopartículas contendo metal que permeiam a estrutura. Esse processo pode então ser repetido para produzir compósitos com concentrações metálicas muito altas.

Após 5 a 10 ‘ciclos de crescimento’, uma etapa final de aquecimento queima o hidrogel restante, deixando para trás o produto final: um objeto de metal ou cerâmica no formato do polímero original, com densidade e resistência sem precedentes.

Como os hidrogéis são infundidos com os sais metálicos somente após a fabricação da estrutura tridimensional, a técnica permite que um único hidrogel seja transformado em diversos compósitos, cerâmicas ou metais diferentes.

Nosso trabalho não apenas permite a fabricação de metais e cerâmicas de alta qualidade com um processo de impressão 3D acessível e de baixo custo, mas também destaca um novo paradigma na manufatura aditiva, em que a seleção de materiais ocorre após a impressão 3D, e não antes

Dr. Daryl Yee, chefe do Laboratório de Química de Materiais e Fabricação da Escola de Engenharia da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL)

Resultados

Para o estudo, os pesquisadores fabricaram intrincadas formas de treliça chamadas giroides a partir de ferro, prata e cobre, demonstrando a capacidade da técnica de produzir estruturas resistentes, porém complexas.

Para testar a resistência dos materiais, eles usaram uma máquina de teste universal para aplicar pressão crescente aos giroides produzidos.

“Nossos materiais podem suportar 20 vezes mais pressão em comparação com aqueles produzidos com métodos anteriores, apresentando apenas 20% de retração contra 60-90%”, destacou Yiming Ji, doutorando na EPFL e primeiro autor do artigo.

Os cientistas afirmaram que a técnica é especialmente interessante para a fabricação de arquiteturas 3D avançadas que precisam ser simultaneamente resistentes, leves e complexas, como sensores, dispositivos biomédicos ou dispositivos para conversão e armazenamento de energia.

Agora, a equipe está trabalhando na otimização do processo, principalmente aumentando ainda mais a densidade dos materiais. Outro objetivo é a velocidade: as etapas repetidas de infusão, embora essenciais para a produção de materiais mais resistentes, tornam o método mais demorado em comparação com outras técnicas de impressão 3D para conversão de polímeros em metais. “Já estamos trabalhando para reduzir o tempo total de processamento usando um robô para automatizar essas etapas”, concluiu o professor Daryl Yee.

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Autores/Pesquisadores Citados

Dr. Daryl Yee

Chefe do Laboratório de Química de Materiais e Fabricação da Escola de Engenharia da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL)

Yiming Ji

Doutorando no Laboratório de Química de Materiais e Fabricação da Escola de Engenharia da EPFL

Publicação

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a revista científica Advanced Materials (em inglês).

Mais Informações

Acesse a notícia original completa na página da Escola Politécnica Federal de Lausanne (em inglês).

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