Embora as técnicas de impressão 3D tenham avana§ado significativamente na última década, a tecnologia continua enfrentando uma limitação fundamental: os objetos devem ser construa­dos camada por camada. Mas e se eles não precisassem ser?

Dan Congreve, professor assistente de engenharia elanãtrica em Stanford e ex-Rowland Fellow no Rowland Institute da Universidade de Harvard, e seus colegas desenvolveram uma maneira de imprimir objetos 3D dentro de um volume estaciona¡rio de resina . O objeto impresso étotalmente suportado pela resina espessa - imagine uma figura de ação flutuando no centro de um bloco de gelatina - para que possa ser adicionado de qualquer a¢ngulo. Isso elimina a necessidade de estruturas de suporte normalmente necessa¡rias para criar designs complexos com manãtodos de impressão mais padra£o. O novo sistema de impressão 3D, que foi publicado recentemente na Nature , pode facilitar a impressão de designs cada vez mais complexos, economizando tempo e material.

"A capacidade de fazer essa impressão volumanãtrica permite imprimir objetos que antes eram muito difa­ceis", disse Congreve. "a‰ uma oportunidade muito empolgante para a impressão tridimensional daqui para frente."

Na suasuperfÍcie, a técnica parece relativamente simples: os pesquisadores focaram um laser atravanãs de uma lente e o fizeram brilhar em uma resina gelatinosa que endurece quando exposta a  luz azul . Mas Congreve e seus colegas não podiam simplesmente usar um laser azul osa resina curaria ao longo de todo o comprimento do feixe. Em vez disso, eles usaram uma luz vermelha e alguns nanomateriais habilmente projetados espalhados por toda a resina para criar luz azul apenas no ponto focal preciso do laser. Ao deslocar o laser ao redor do recipiente de resina, eles conseguiram criar impressaµes detalhadas e sem suporte.

O laboratório de Congreve é​​especializado em converter um comprimento de onda de luz em outro usando um manãtodo chamado upconversion de fusão tripla. Com as moléculas certas próximas umas das outras, os pesquisadores podem criar uma cadeia de transferaªncias de energia que, por exemplo, transforma fa³tons vermelhos de baixa energia em azuis de alta energia.

"Eu me interessei por essa técnica de conversão ascendente na pós-graduação", disse Congreve. "Tem todos os tipos de aplicações interessantes em solar, bio, e agora esta impressão 3D. Nossa verdadeira especialidade são os pra³prios nanomateriais - projetando-os para emitir o comprimento de onda certo de luz, para emiti-lo de forma eficiente e ser disperso em resina. "

Por meio de uma sanãrie de etapas (que inclua­am enviar alguns de seus materiais para girar em um liquidificador Vitamix), Congreve e seus colegas foram capazes de formar as moléculas de upconversion necessa¡rias em gota­culas de nanoescala distintas e revesti-las em um inva³lucro de sa­lica protetora. Em seguida, eles distribua­ram as nanoca¡psulas resultantes, cada uma delas 1.000 vezes menor que a largura de um fio de cabelo humano, por toda a resina.

“Descobrir como tornar as nanoca¡psulas robustas não foi trivial osuma resina de impressão 3D érealmente muito dura”, disse Tracy Schloemer, pesquisadora de pa³s-doutorado no laboratório de Congreve e uma das principais autoras do artigo. "E se essas nanoca¡psulas comea§arem a desmoronar, sua capacidade de fazer upconversion desaparece. Todo o seu conteaºdo se espalha e vocênão consegue as colisaµes moleculares de que precisa."

Os pesquisadores estãoatualmente trabalhando em maneiras de refinar sua técnica de impressão 3D. Eles estãoinvestigando a possibilidade de imprimir vários pontos ao mesmo tempo, o que aceleraria consideravelmente o processo, além de imprimir em resoluções mais altas e escalas menores.

A Congreve também estãoexplorando outras oportunidades para colocar as nanoca¡psulas de conversão ascendente em uso. Eles podem ajudar a melhorar a eficiência dos painanãis solares, por exemplo, convertendo luz inutiliza¡vel de baixa energia em comprimentos de onda que as células solares podem coletar. Ou eles podem ser usados ​​para ajudar os pesquisadores a estudar com mais precisão modelos biola³gicos que podem ser acionados com luz ou atémesmo, no futuro, fornecer tratamentos localizados.

"Vocaª pode penetrar no tecido com luz infravermelha e depois transformar essa luz infravermelha em luz de alta energia com essa técnica de conversão para, por exemplo, conduzir uma reação química", disse Congreve. "Nossa capacidade de controlar materiais em nanoescala nos da¡ muitas oportunidades muito legais para resolver problemas desafiadores que, de outra forma, são difa­ceis de abordar".

Os coautores adicionais de Stanford desta pesquisa são a estudiosa de pa³s-doutorado Tracy Schloemer; o ex-pesquisador visitante Michael Seitz; e estudante de pós-graduação Arynn Gallegos. Outros coautores, incluindo um coautor principal, são do Rowland Institute da Universidade de Harvard.