O Futuro Promissor da Impressão 3D com Nanotecnologia

A Manufatura Aditiva, também conhecida como impressão 3D consiste de um ramo tecnológico da indústria de manufatura em que peças de geometrias complexas, as quais podem ser produzidas sem auxílio de moldes e sem recursos de montagem. Na impressão 3D um modelo digital é replicado fisicamente, através do controle de um software, a deposição camada a camada dá forma a peça final. Uma característica dos materiais resultantes da impressão 3D é sua porosidade intrínseca, a qual permite acomodar nano-partículas multifuncionais, podendo ser aplicada em diversas áreas.

Nos processos de manufatura aditiva, a concepção do modelo tridimensional é feita utilizando-se de um sistema de desenho assistido por computador (CAD – Computer Aided Desing). Após a projeção do modelo tridimensional, o modelo é convertido pelo software CAD em um formato padrão através do processo de aproximação por faces planas, denominado STL (Standard Tecelation Language). Posteriormente, o modelo 3D do objeto convertido em STL é decomposto em várias camadas bidimensionais no plano x-y, com o auxílio de um software fatiador, que emula o ambiente de construção da máquina de impressão 3D, em que planos horizontais resultam em curvas fechadas ou polígonos, e o projeto é verificado, posicionado e orientado. A informação é, então, transferida para a impressora que será responsável pela construção, de fato, do objeto, onde as camadas são reproduzidas até o objeto ser completamente construído [1] Figura 2 e 3.

Dentre as técnicas de manufatura aditiva disponíveis, o método de modelagem de deposição fundida (FDM – Fused Deposition Modeling) utiliza filamentos de polímeros como matéria-prima, e consiste em adicioná-los em camadas na forma de um filamento extrudado e aquecido, em estado semilíquido. A construção é realizada através do cabeçote de extrusão, que se move no plano x-y sobre uma plataforma. Finalizada a deposição de uma camada, a plataforma ou o cabeçote de extrusão move-se no eixo z a uma distância equivalente à espessura da camada. A cabine da máquina deve ser mantida livre de correntes de ar e sob uma temperatura inferior à do material depositado, de forma que o mesmo endurece rapidamente quando em contato com a camada anterior [2].

Figura 1: Impressão em PLA.

Devido à redução da quantidade de material desperdiçado durante o processo de fabricação e também à possibilidade de utilizar polímeros biodegradáveis como matéria-prima, a impressão 3D FDM é considerada um processo sustentável [3].
As principais matérias-primas são polímeros termoplástico, semicristalino ou amorfo, biodegradável, biocompatível, compostável, reciclável e não tóxico, além de possuir propriedades próximas aos polímeros derivados de petróleo.
Um exemplo, é quando utilizamos na impressão 3D matéria-prima como o PLA e a incorporação das nanopartículas propõem, uma metodologia para a criação de produtos efetivos e regenerativos para o meio ambiente, possibilitando a economia circular que permite devolver os materiais ao ciclo produtivo através da sua reutilização, recuperação, reparação e reciclagem [4]. O objetivo é estimular um método de produção inteligente e sem desperdícios, em que o fim da vida útil de um determinado produto represente o recomeço pela reciclagem e/ou criação de um novo produto, aumentando a qualidade e produtividade do material, zero toxidade e sem riscos para as pessoas e para o meio ambiente.

Figura 2: Modelo tridimensional em software.

A NanoBoost inova ao adicionar aos polímeros e resinas utilizados na impressão 3D nanopartículas com atividade antimicrobiana com vertentes para a economia circular dentro do comprometimento da Agenda 2030 da ONU e dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) 3, 6, 7, 9, 11, 12 e 13.

A economia tradicional, baseada no referencial produção linear (modelo baseado na extração, produção e descarte), está cada vez mais dando lugar a outras alternativas baseadas no princípio do desenvolvimento circular, e suas soluções deveram ser criativas, compartilhadas, colaborativas, com baixa geração de carbono, inclusivas, circulares e de baixo impacto socioambiental [5]. Na economia circular (EC) o fluxo de materiais é contínuo, como disse Lavosier: “Nada se perde, tudo se transforma”. A EC trata do ciclo produtivo, desde o projeto e desenvolvimento do produto, considerando o seu design, bem como a seleção de fornecedores de matéria-prima, da produção, distribuição, consumo e no fim do ciclo pós-consumo, para aproveitá-lo da melhor forma, é possível reduzir ao invés de eliminar resíduos que podem ser reaproveitados ou reconsiderados [6]. Segundo a Fundação Ellen MacArthur (2012), a economia circular é uma economia cujos princípios são a restaurabilidade e a regeneratividade, a fim de manter sempre o uso eficiente e o nível de valor dos produtos, componentes e materiais.

A fundação, criada em 2010, desenvolve e promove a economia circular por meio da cooperação com empresas, formadores de políticas e acadêmicos e, enfatiza a importância dos três princípios da economia circular, com base no desenvolvimento do capital econômico, social e natural. O primeiro princípio está associado à gestão do fluxo de renováveis e à gestão de estoques, o segundo aos ciclos biológicos (materiais renováveis) e técnicos (materiais finitos – inorgânicos, polímeros, sintéticos) e o terceiro à minimização de perdas sistêmicas e externalidades negativas [7].

Figura 3: Modelo físico em PLA.

 Vale ressaltar que, a gestão de resíduos responde por grande parte das ações sustentáveis dentro de uma empresa, e a NanoBoost desenvolve produtos de acordo com a necessidade de seus clientes, oferecendo a opção de agregar valor ao seu produto usando a nanotecnologia através da incorporação de agentes: antimicrobianos, luminescentes, condutores de eletricidade para aplicações em telas flexíveis, biocompatíveis para próteses, regeneração óssea e sistemas de liberação controlada de princípios ativos.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] P. M. Pandey, N. V. Reddy, S. G. Dhande, Slicing procedures in layered manufacturing: A review, Rapid Prototyping Journal 9 (2003) 274-288.

[2] N. Volpato, Prototipagem rápida: tecnologias e aplicações. São Paulo. Edgar Blucher. 2007.

[3] K. K. Hausman, R. Horne, 3D Printing For Dummies. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 2014.

[4] MCDONOUGH, William; BRAUNGART, Michael. Cradle to cradle: criar e recriar ilimitadamente. São Paulo: G. Gili, 2013].

[5] FAUSTINI, Simone. Da Economia Linear para a Economia Circular: Quais os Caminhos para a transição da Cadeia de valor? Nexus Consultoria. Disponível em: http://nexusconsultoria.com/blog/2017/08/14/da-economia-linear-para-a-economia-circular-quais-os-caminhos-para-a-transicao-da-cadeia-de-valor/. Acesso em: 28 ago. 2021.

[6] WEETMAN, C. Economia Circular: conceitos e estratégias para fazer negócios de forma mais inteligente, sustentável e lucrativa. Belo Horizonte: Autêntica Business, 2019.

[7] ELLEN MACARTHUR FOUNDATION. What is a circular economy? A framework for na economy that is restorative and regenerative by design, 2019. Disponível em: www.ellenmacarthurfoundation.org. Acesso em: 25 ago. 2021.

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