Cubos de plástico feitos em impressoras 3D podem ser o futuro dos materiais à prova de balas

Mesmo com toda a evolução, a impressão 3D ainda é usada principalmente para a criação de protótipos ou de peças que não terão de suportar grandes tensões ou desgastes. Isso não quer dizer, porém, que tenha que ser sempre assim. Pesquisadores da Universidade Rice descobriram uma maneira de fazer padrões complexos usando impressoras 3D, resultando em objetos de plástico quase tão duros e duráveis ​​quanto o diamante.

Os complexos padrões de entrecruzamento e zigue-zague que são usados ​​para construir as estruturas desses cubos de polímero estão longe de ser aleatórios. Eles são calculados e projetados estrategicamente para dar a esses objetos uma força incrível, mas podem ser aprimorados e ajustados para adquirir também outras propriedades.

Os padrões são baseados em tubulanos, que são estruturas microscópicas teóricas feitas de nanotubos de carbono reticulados. Elas e suas propriedades foram previstas em 1993 ​​pelo químico Ray Baughman e pelo físico Douglas Galvão — Galvão é professor da Unicamp, aliás. Os tubulanos podem ser usados ​​para fabricar materiais revolucionários que são fortes e leves, mas até o momento, as estruturas não foram criadas com sucesso, dada a logística desafiadora da fabricação com nanotubos de carbono.

Um teste de compressão mostrou que os materiais à base de tubulano desenvolvidos na Universidade Rice lidavam bem com a pressão, colapsando sem rachaduras. (Cortesia do Grupo de Pesquisa Ajayan/Universidade Rice)

No entanto, as propriedades previstas dos tubulanos não se limitam apenas a objetos fabricados com estruturas de escala atômica. Conforme detalhado em um artigo recentemente publicado na revista científica Small, os pesquisadores da Universidade Rice descobriram que, mesmo quando esses padrões e estruturas complexos eram redimensionados para que pudessem ser recriados usando impressoras 3D, eles ainda exibiam as propriedades previstas, como resistência e extrema compressibilidade, apesar de serem estruturas rígidas.

Os pesquisadores atiraram em dois cubos — um feito de polímero sólido e outro feito de polímero impresso com uma estrutura de tubulanos — com um projétil a 5,8 quilômetros por segundo (que fica próximo a 21 mil quilômetros por hora). Nenhum dos cubos foi destruído, mas enquanto o bloco de polímero sólido foi deixado com um enorme buraco e rachaduras se propagando por todo o caminho, comprometendo sua força, o outro cubo parou o projétil em sua segunda camada, deixando o resto completamente intacto e sem danos.

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Uma suposição comum é que uma estrutura porosa reduz o poder de parada de um objeto. No entanto, na prática, a complexa estrutura polimérica nesses cubos os torna capazes de comprimir e colapsar para absorver a energia cinética de um impacto e, assim, conter o dano resultante, de modo que ele afete uma área mínima.

Essa pesquisa pode ter repercussões amplas em inúmeros campos que dependem de materiais leves e fortes. O setor aeroespacial, a arquitetura e até a indústria bélica, por exemplo, poderiam se beneficiar dessa nova abordagem de fabricação e potencialmente um novo sopro de vida à impressão 3D. Peças ou componentes que precisavam ser feitos de metal ou cerâmica para ter uma duração razoável poderiam ser fabricados com polímeros mais baratos. Mesmo assim, pode levar algum tempo para convencer soldados que entrar em um campo de batalha em um tanque feito de plástico é tão seguro quanto em um com carroceria de aço.