Um novo kit de ferramentas de software e hardware chamado SustainaPrint pode ajudar os usuários a combinar estrategicamente filamentos fortes e fracos para alcançar o melhor dos dois mundos. Em vez de imprimir um objeto inteiro com plástico de alto desempenho, o sistema analisa um modelo, prevê que o objeto provavelmente experimente o estresse e reforça essas zonas com material mais forte. Crédito: Alex Shipps/MIT Csail, Pixabay
A impressão 3D percorreu um longo caminho desde a sua invenção em 1983 por Chuck Hull, que foi pioneiro em estereolitografia, uma técnica que solidifica a resina líquida em objetos sólidos usando lasers ultravioleta.
Ao longo das décadas, as impressoras 3D evoluíram de curiosidades experimentais para ferramentas capazes de produzir tudo, desde próteses personalizadas a designs complexos de alimentos, modelos arquitetônicos e até órgãos humanos em funcionamento.
Mas à medida que a tecnologia amadurece, sua pegada ambiental se tornou cada vez mais difícil de anular. A grande maioria dos consumidores e a impressão 3D industrial ainda depende do filamento de plástico à base de petróleo. E embora existam alternativas “mais verdes” feitas de materiais biodegradáveis ou reciclados, eles vêm com uma troca séria: geralmente não são tão fortes.
Esses filamentos ecológicos tendem a ficar quebradiços sob estresse, tornando-os inadequados para aplicações estruturais ou peças de proteção de carga-exatamente onde a força mais importa.
Essa troca entre sustentabilidade e desempenho mecânico levou os pesquisadores no Laboratório de Ciência da Computação e Ciência da Computação do MIT (CSAIL) e o Instituto Hasso Plattner para perguntar: é possível criar objetos que sejam principalmente ecológicos, mas ainda fortes onde conta?
Sua resposta é a SustainaPrint, um novo kit de ferramentas de software e hardware projetado para ajudar os usuários a combinar estrategicamente filamentos fortes e fracos para obter o melhor dos dois mundos.
Em vez de imprimir um objeto inteiro com plástico de alto desempenho, o sistema analisa um modelo através de simulações de análise de elementos finitos, prevê que o objeto provavelmente experimentará estresse e, em seguida, reforça apenas as zonas com material mais forte. O restante da peça pode ser impresso usando filamentos mais verdes e mais fracos, reduzindo o uso de plástico, preservando a integridade estrutural.
“Nossa esperança é que a SustainaPrint possa ser usada em ambientes de fabricação industrial e distribuída um dia, onde os estoques de materiais locais podem variar em qualidade e composição”, diz o MIT Ph.D. O pesquisador de estudantes e CSAIL Maxine Perroni-Scharf, que é um principal autor de um artigo que apresenta o projeto.
“Nesses contextos, o kit de ferramentas de teste pode ajudar a garantir a confiabilidade dos filamentos disponíveis, enquanto a estratégia de reforço do software pode reduzir o consumo geral de materiais sem sacrificar a função”.
Para seus experimentos, a equipe usou o Polyterra PLA da Polymaker como o filamento ecológico e o PLA padrão ou resistente da Ultimaker para reforço. Eles usaram um limite de reforço de 20% para mostrar que mesmo uma pequena quantidade de plástico forte percorre um longo caminho. Usando essa proporção, a SustainaPrint conseguiu recuperar até 70% da força de um objeto impresso inteiramente com plástico de alto desempenho.
Eles imprimiam dezenas de objetos, de formas mecânicas simples, como anéis e vigas a itens domésticos mais funcionais, como barracas de fone de ouvido, ganchos de parede e vasos de plantas.
Cada objeto foi impresso de três maneiras: uma vez usando apenas filamentos ecológicos, uma vez usando apenas PLA forte, e uma vez com a configuração híbrida de sustentinaprint. As peças impressas foram então testadas mecanicamente puxando, dobrando ou quebrando -as para medir a quantidade de força que cada configuração poderia suportar.
Em muitos casos, as impressões híbridas mantiveram quase tanto quanto as versões de resistência completa. Por exemplo, em um teste envolvendo uma forma de cúpula, a versão híbrida superou a versão impressa inteiramente em PLA difícil. A equipe acredita que isso pode ser devido à capacidade da versão reforçada de distribuir o estresse de maneira mais uniforme, evitando a falha quebradiça às vezes causada por rigidez excessiva.
“Isso indica que, em certas geometrias e condições de carregamento, a mistura de materiais estrategicamente pode realmente superar um único material homogêneo”, diz Perroni-Scharf.
“É um lembrete de que o comportamento mecânico do mundo real está cheio de complexidade, especialmente na impressão 3D, onde as decisões de adesão e caminho da ferramenta podem afetar o desempenho de maneiras inesperadas”.
Uma máquina de impressão magra, verde e ecológica
A SustainaPrint começa permitindo que um usuário envie seu modelo 3D em uma interface personalizada. Ao selecionar regiões fixas e áreas onde as forças serão aplicadas, o software usa uma abordagem chamada “Análise de elementos finitos” para simular como o objeto se deformará sob estresse.
Em seguida, ele cria um mapa mostrando a distribuição de pressão dentro da estrutura, destacando áreas sob compressão ou tensão, e aplica heurísticas para segmentar o objeto em duas categorias: aqueles que precisam de reforço e aqueles que não têm.
Reconhecendo a necessidade de testes acessíveis e de baixo custo, a equipe também desenvolveu um kit de ferramentas de teste de bricolage para ajudar os usuários a avaliar a força antes da impressão. O kit possui um dispositivo impressa em 3D com módulos para medir a resistência à tração e na flexão. Os usuários podem emparelhar o dispositivo com itens comuns, como barras de pull-up ou escalas digitais, para serem métricas de desempenho difícil, mas confiável.
A equipe comparou seus resultados aos dados do fabricante e descobriu que suas medidas se enquadram consistentemente em um desvio padrão, mesmo para filamentos que foram submetidos a vários ciclos de reciclagem.
Embora o sistema atual tenha sido projetado para impressoras de extrusão dupla, os pesquisadores acreditam que, com alguma troca e calibração manuais de filamentos, ele também pode ser adaptado para configurações de extruder único.
Em sua forma atual, o sistema simplifica o processo de modelagem, permitindo apenas uma força e um limite fixo por simulação. Embora isso cubra uma ampla gama de casos de uso comuns, a equipe vê futuros trabalhos expandindo o software para suportar condições de carregamento mais complexas e dinâmicas.
A equipe também vê potencial no uso da IA para inferir o uso pretendido do objeto com base em sua geometria, o que pode permitir a modelagem de tensão totalmente automatizada sem a entrada manual de forças ou limites.
3D de graça
Os pesquisadores planejam lançar o SustainaPrint Open-Source, disponibilizando o software e o kit de ferramentas de teste para uso e modificação do público. Outra iniciativa que eles aspiram a dar vida no futuro: educação.
“Em uma sala de aula, a SustainaPrint não é apenas uma ferramenta, é uma maneira de ensinar aos alunos sobre ciência material, engenharia estrutural e design sustentável, tudo em um projeto”, diz Perroni-Scharf. “Ele transforma esses conceitos abstratos em algo tangível”.
À medida que a impressão 3D se torna mais incorporada na maneira como fabricamos e prototipamos tudo, desde bens de consumo a equipamentos de emergência, as preocupações com sustentabilidade só crescerão. Com ferramentas como a SustainaPrint, essas preocupações não precisam mais vir à custa do desempenho. Em vez disso, eles podem se tornar parte do processo de design: incorporado à própria geometria das coisas que fazemos.
O co-autor Patrick Baudisch, que é professor do Instituto Hasso Plattner, acrescenta que “o projeto aborda uma questão-chave: qual é o objetivo de coletar material para fins de reciclagem, quando não há plano para realmente usar esse material? Maxine apresenta o link teatral entre a idéia teórica/abstrata do relevante Reciclo
Mais informações: Artigo: SustainaPrint: Aproveitando o máximo dos filamentos ecológicos
Fornecido pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts
Esta história é republicada, cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que abrange notícias sobre pesquisa, inovação e ensino do MIT.
Citação: O método de impressão 3D híbrido aumenta a força de peças ecológicas com menos plástico (2025, 5 de setembro) recuperado em 8 de setembro de 2025 em https://techxplore.com/news/2025-09-hybrid-3d-method-boosts-strength.html
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