Estudo do CTC inova ao integrar o design à fabricação de estruturas porosas

Artigo do prof. Anderson Pereira, do Departamento de Engenharia Mecânica do CTC/PUC-Rio, em parceria com pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia, dos Estados Unidos, é publicado na revista Science Advances

Um artigo do professor Anderson Pereira, do Departamento de Engenharia Mecânica do Centro Técnico Científico da PUC-Rio (CTC/PUC-Rio) — em parceria com pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia, dos Estados Unidos, publicado essa semana na revista Science Advances, uma das mais respeitadas no mundo — apresenta uma nova abordagem para a otimização topológica (método computacional, capaz de distribuir uma dada quantidade de material em uma região do espaço de modo a maximizar ou minimizar uma função objetivo e atender às restrições de projeto). O estudo que deu origem ao artigo é inspirado em estruturas da natureza (biomimética) e introduz na otimização topológica convencional microestruturas porosas e propriedades mecânicas que variam espacialmente para permitir diferentes tipos de funcionalidade, tais quais as observadas em animais marinhos como o camarão mantis e o choco (uma espécie de molusco). Ao integrar o design dos animais à fabricação de estruturas porosas, o estudo procurou maximizar a rigidez da estrutura, muito semelhante à encontrada na garra do camarão mantis.

Outra inovação de grande impacto que o estudo traz é realizar o trabalho, desde a otimização da parte macroestrutural até a fabricação da microestrutura, incluindo a comunicação com a impressora 3D. “Como todas as microestruturas têm que ter conectividade entre si, a maior dificuldade foi fazer o trabalho em 3D desde o início e em todas as fases”, revela o professor Anderson Pereira.

Com a possibilidade de projetar microestruturas hierárquicas, o estudo desenvolveu novos algoritmos para criar estruturas capazes de serem impressas em 3D. De acordo com o professor, o estudo inova ao possibilitar a fabricação de microestruturas complexas. “O grande avanço é que os projetos podem ser enviados a um computador e impressos da forma mais próxima possível à realidade”, afirma.

Segundo Pereira, uma das aplicações do trabalho está na produção de biomodelos físicos, como próteses ósseas, por exemplo: “Para permitir um melhor funcionamento de próteses em humanos, podemos desenvolver as microestruturas de modo que o implante tenha propriedades mecânicas semelhantes às do osso que será substituído”, explica o professor. Além disso, ele destaca que o estudo conseguiu otimizar a topologia da estrutura considerando a microestrutura associada a cada material: “Com isso, a impressão 3D se torna mais fiel aos requisitos de cada projeto, incluindo estruturas em nanoescala", revela Pereira.

A pesquisa “Optimal and continuous multilattice embedding” tem como coautores Emily Sanders e Glaucio Paulino (mestre pelo CTC/PUC-Rio), ambos do Instituto de Tecnologia da Georgia (EUA). A pesquisa foi financiada pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Fundação Nacional da Ciência (National Science Foundation, NSF/EUA) e SHAP3D (Science of Heterogeneous Additive Printing of 3D Materials, EUA).

Thursday, April 22, 2021
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