Quem conhece os materiais de impressão 3D sabe que o ácido polilático (PLA) é um material extremamente popular. É forte, barato e fácil de imprimir. O PLA é ótimo para uma ampla gama de aplicações, mas também existem outras opções de materiais. O nylon é conhecido por sua resistência, mas é notoriamente difícil de imprimir com sucesso. Outros plásticos como o álcool polivinílico (PVA) podem ser dissolvidos em água, tornando-o a escolha perfeita para material de suporte, pois pode ser facilmente removido.
Na indústria de próteses, a impressão 3D está começando a se tornar um processo de fabricação viável. Como é necessário um alto nível de qualidade, há algumas situações em que o PLA e outros materiais comuns não são suficientes. As empresas de próteses e biônica buscam usar materiais mais exóticos para melhorar seus produtos.
Acima de tudo, os membros protéticos devem ser leves e confortáveis. Se uma prótese é alimentada eletricamente ou mecanicamente, é considerada uma prótese biônica. É benéfico que os produtos biônicos sejam o mais simples possível, portanto, peças flexíveis podem ser desejadas para reduzir a complexidade. As próteses biônicas também podem apresentar recursos sensoriais para feedback do usuário; portanto, podem ser necessários componentes eletrônicos. Todos esses critérios de design podem ser alcançados usando materiais especiais que fazem um pouco mais do que apenas o PLA médio.
Filamento Reforçado com Fibra de Carbono
O filamento reforçado com fibra de carbono (CFR) é um material de impressão 3D que contém fios curtos de carbono. É mais rígido que a maioria dos filamentos e é uma ótima opção de material se o peso e a rigidez precisarem ser otimizados. Uma dessas aplicações é no soquete para pernas protéticas. O encaixe é a parte que conecta a perna da pessoa à sua prótese. Pessoas com amputação de pernas precisam que sua prótese seja leve e rígida, e o filamento CFR se encaixa nesses dois critérios.
Este material consiste em fios de carbono curtos suspensos em um plástico como PLA ou Nylon. Todos esses plásticos são classificados como termoplásticos, o que significa que podem ser refundidos. Essa propriedade do material pode ser bastante benéfica. Normalmente, o membro residual de um amputado mudará de forma levemente ao longo de meses ou anos. Isso pode causar desconforto se o soquete não mudar de forma. Se forem necessárias modificações no soquete, o filamento CFR pode simplesmente ser aquecido para amolecê-lo e depois remodelado.
O material compósito de fibra de carbono é diferente do filamento CFR. Consiste em folhas de carbono tecidas coladas com epóxi. Não amolece com o calor. Isso ocorre porque o epóxi é classificado como um polímero termoendurecido. Isso significa que sofre uma reação química à medida que cura, o que faz com que permaneça endurecido.
Soquetes protéticos feitos de compósito de fibra de carbono são de fato mais fortes que o material de fibra de carbono impresso em 3D, mas são caros, difíceis de fabricar e difíceis de remodelar. É por isso que agora algumas próteses são feitas por impressão 3D com filamento CFR. Com uma digitalização 3D do membro residual do amputado, um soquete pode ser impresso em 3D, que captura com muita precisão todos os detalhes. Isso contribui para um ajuste mais confortável. A impressão 3D de um soquete é muito mais rápida e também mais barata que o método tradicional de criação de um soquete protético.
Filamento flexível
Diferente da maioria dos materiais de impressão 3D, poliuretano termoplástico (TPU) é macio e flexível. Este material é perfeito para a criação de juntas flexíveis e é utilizado em aplicações como dedos protéticos e como revestimentos macios para soquetes protéticos.
Soquetes protéticos feitos de materiais rígidos (como o filamento CFR) podem ficar desconfortáveis se a pressão não for distribuída uniformemente. A introdução de um revestimento interno macio pode fornecer amortecimento e suporte, melhorando o conforto do usuário. Como a impressão 3D pode criar formas complexas, uma estrutura semelhante a uma malha pode ser impressa, permitindo o fluxo de ar em todo o soquete. Essa ventilação é muito necessária porque o acúmulo de umidade pode causar desconforto.
O TPU também está sendo usado nas mãos biônicas como material para dedos flexíveis. Em vez de usar um mecanismo rígido, o uso de mecanismos flexíveis e compatíveis para transferir forças pode resultar em um movimento mais natural. O uso de materiais flexíveis em mecanismos compatíveis reduz o número de peças, elimina a necessidade de lubrificação e acelera bastante o processo de montagem e fabricação.
Filamento Condutor
A impressão 3D geralmente é usada para produzir componentes mecânicos, mas certos filamentos são eletricamente condutivos e podem ser usados em uma variedade de aplicações eletrônicas interessantes. Magalie Darnis (M.Eng), fez deste o tópico da tese de mestrado. Magalie usou um material conhecido como ETPU para criar sensores impressos em 3D.
O ETPU combina pó de carbono e TPU para desenvolver um polímero flexível e eletricamente condutor que pode ser impresso em 3D. Embora o ETPU contenha carbono, é muito diferente do filamento CFR. Isso ocorre porque ele usa grafeno em pó em vez de fibras curtas de carbono. O grafeno conduz facilmente eletricidade, mas não adiciona muita força mecânica. Existem outros tipos de filamentos condutores, mas são rígidos e às vezes quebradiços. Em outras aplicações, isso pode ser desejado, mas, para a biônica, a flexibilidade que acompanha o ETPU permite que sensores flexíveis de encaixe de forma sejam incorporados a produtos vestíveis.
Atualmente, os sensores impressos em 3D são encontrados apenas nos protótipos biônicos, mas a ETPU provou ser eficaz em aplicações como sensores de toque nas pontas dos dedos biônicos. Para criar um sensor de toque, duas superfícies da ETPU são impressas com um pequeno espaço entre elas. Essas superfícies se aproximam quando a pressão é aplicada à ponta do dedo. Quando essas superfícies entram em contato, elas fecham um circuito e esse sinal pode ser usado para informar ao usuário quando ele agarrou firmemente um objeto.
Esse sensor de toque binário (ativado / desativado) é um dos sensores impressos em 3D mais básicos e pode ser modificado para criar sensores mais complexos, como sensores de deformação, sensores de vibração e sensores de força.
Um dos principais benefícios dos sensores de impressão 3D é que simplifica e acelera a produção. Com sensores impressos em 3D, os componentes pré-criados não precisam ser anexados manualmente a um objeto. Em vez disso, os sensores podem fazer parte do próprio processo de impressão.
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Artigo escrito por: Steven McCulloch
