Impressora 3D recém-adquirida impulsiona pesquisa avançada em cerâmica da Penn State

Chad Eichfeld, à esquerda, professor associado de pesquisa e diretor de operações do Laboratório de Nanofabricação, e Amira Meddeb, professora pesquisadora, caracterizações elétricas, no Laboratório de Nanofabricações com a impressora 3D Lithoz CeraFab Lab. Crédito: Jamie Oberdick. Todos os direitos reservados.

27 de junho de 2023

Por Jamie Oberdick

UNIVERSITY PARK, Pensilvânia – Uma impressora 3D de cerâmica instalada recentemente oferece aos pesquisadores de materiais da Penn State recursos avançados para produzir facilmente peças cerâmicas de alta resolução e outras cerâmicas inovadoras para pesquisa de materiais de ponta a um custo menor do que adquiri-los.

Embora muitos estejam familiarizados com a cerâmica como arte ou utensílios domésticos como canecas de café, a cerâmica tem aplicações menos conhecidas que vão desde o armazenamento de energia através de baterias de estado sólido até dispositivos ferroelétricos e piezoelétricos, como sensores de calor. Pesquisadores do Instituto de Pesquisa de Materiais (MRI) da Penn State disseram que veem a impressora 3D Lithoz CeraFab Lab como uma ferramenta necessária para futuras pesquisas relacionadas a materiais em toda a Universidade.

“Isso fará parte de uma instalação de usuário aqui na Penn State, no Laboratório de Nanofabricação”, disse Amira Meddeb, professora associada de pesquisa em ressonância magnética. “A principal razão pela qual o adquirimos é para permitir mais recursos não apenas para a comunidade da Penn State, mas também para nossa ampla comunidade de usuários com a qual trabalhamos, incluindo outras instituições de ensino superior e a indústria.”

Permitir esta produção também permite que a MRI crie ferramentas científicas personalizadas para outros pesquisadores da Penn State, que normalmente são caras e difíceis de obter.

“A impressora nos permite produzir peças personalizadas e complexas que geralmente são caras e têm longos prazos de entrega, como cadinhos e microrreatores personalizados”, disse Meddeb.

A impressora à base de resina utiliza tecnologia de processamento digital de luz, uma técnica que utiliza luz para curar resinas líquidas fotossensíveis em sólidos duros. Isso permite a produção interna de peças de alta resolução e cerâmicas de densidade total comparáveis ​​em propriedades e microestrutura às cerâmicas feitas por métodos de fabricação tradicionais.

Uma pequena impressão de teste do Santuário do Leão e do Estádio do Castor, medindo pouco mais de uma polegada por uma polegada, demonstra o nível de detalhe que a impressora 3D de cerâmica é capaz de produzir. Crédito: Jamie Oberdick. Todos os direitos reservados.

“Tradicionalmente, as cerâmicas são extremamente difíceis de fabricar por vários motivos, especialmente porque são tão duras quando acabadas e sinterizadas que são muito difíceis de usinar”, disse Shawn Allan, vice-presidente da Lithoz America LLC. “Além disso, eles podem ser delicados antes de serem sinterizados, portanto, nesse estado, também são difíceis de fixar e usinar. Em comparação com esta impressora, você pode fazer múltiplas iterações de uma peça com diferentes geometrias e dimensões com muito mais facilidade e obter a peça real que você precisa.”

A impressora pode imprimir uma ampla variedade de materiais cerâmicos. Ele oferece a capacidade de alterar facilmente os materiais para diferentes projetos e é relativamente simples de aprender a usar, especialmente para alguém com experiência em processamento de cerâmica tradicional. A impressora completa as ofertas de pesquisa fornecidas pela MRI, de acordo com Chad Eichfeld, professor associado de pesquisa e diretor de operações do Laboratório de Nanofabricação.

“Podemos trabalhar com pesquisadores para fazer o design do material, a impressão 3D do material, [e] você também pode fazer a caracterização aqui”, disse Eichfeld. “Reunir tudo isso permite que você faça as iterações rápidas da produção de cerâmica que são necessárias para o sucesso de nossos pesquisadores.”

Juntamente com os benefícios da pesquisa, Eichfeld observou que a nova impressora tem muito potencial para a educação de materiais na Penn State.

“A Penn State é uma instituição educacional prática”, disse Eichfeld. “Em outras universidades, um aluno pode entregar parte do processamento feito no laboratório de Amira e no meu laboratório a um técnico, e ele fará o trabalho para você. Mas estamos todos envolvidos. Isso é poderoso, pois nossos alunos de pós-graduação e até mesmo alguns alunos de graduação obtêm experiência prática com tecnologia de ponta aqui. Essa experiência será realmente gratificante para eles no início de suas carreiras."