Investigadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade de Harvard (SEAS) e do Instituto Wyass de Engenharia com Inspiração Biológica desenvolveram um novo material compósito de base polimérica, reforçado com fibras, capaz de uma performance estrutural elevada, que é fabricado através de técnicas de impressão tridimensional.
A microestrutura celular, com forma de favo de mel, do novo material mimetiza a da madeira de balsa, conferindo-lhe extrema leveza e resistência e rigidez elevadas.
Em vez de criarem uma arquitetura celular totalmente nova para o material, os investigadores copiaram uma já existente na natureza, permitindo que aquele possa vir a substituir, entre outros, elementos estruturais tipicamente fabricados em madeira de balsa e seus derivados, como por exemplo as lâminas de torres eólicas.
Em vez de utilizar termoplásticos ou resinas curáveis com ultravioletas, tipicamente adotados em extrusão e impressão 3D industrial que, por si só, não são indicados para aplicações estruturais, a equipa de investigadores da SEAS recorreu a outras classes de materiais, nomeadamente epóxis.
Para o novo material poder ser utilizado numa extrusora de impressão 3D, os investigadores desenvolveram uma tinta constituída por resinas epóxi impregnadas com plaquetas de nanoargila, que permitem o aumento da viscosidade e um composto denominado dimetil metilfosfonato. Como fillers da mistura foram utilizados filamentos de carboneto e fibras de carbono.
O processo de aplicação sucessiva de camadas permite o controlo da orientação das fibras, característica essencial para a otimização do comportamento estrutural dos elementos fabricados.
De acordo com Jennifer Lewis, uma das investigadoras envolvidas na pesquisa, o novo material possui uma rigidez 10 a 20 vezes superior à dos polímeros comerciais fabricados com impressão tridimensional e o dobro da resistência.
O segredo para a elevada performance está precisamente na, já referida, possibilidade de controlo da orientação das fibras durante o fabrico. Isto é conseguido através da forma como as fibras são alinhadas, da seleção da geometria das fibras e do diâmetro do bocal da extrusora.
Fonte: Engenharia Civil
