O Próximo Salto na Impressão 3D é o Crescimento de Metais Fortes

Cientistas da École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) criaram um novo método de impressão 3D que pode transformar hidrogéis simples em metais e cerâmicas de alto desempenho.

Eles essencialmente cultivaram metal ao permitir múltiplas infusões de sais metálicos que formam estruturas extremamente fortes e densas sem a porosidade dos métodos anteriores. Os resultados mostram que os metais criados usando a nova técnica são 20 vezes mais fortes e apresentam muito menos encolhimento. 

Essa descoberta promete produção eficiente de dispositivos de energia, sensores e biomédicos de próxima geração.

Por que Materiais Arquitetados Precisam de Impressão 3D de Metais Melhor

Como base da manufatura, construção, engenharia e tecnologia, os materiais influenciam diretamente a funcionalidade, durabilidade e segurança de tudo, desde edifícios até eletrônicos, transporte e saúde. 

Isso torna importante criar novos materiais ou melhorar os existentes para atender necessidades específicas, resolver problemas e impulsionar o progresso em vários setores.

Uma abordagem inovadora e crucial para alcançar isso é por meio do design de materiais arquitetados, um processo que aprimora as propriedades dos materiais em comparação com suas versões simples ao projetar sua estrutura interna em múltiplas escalas.

Essa classe emergente de materiais utiliza geometria estrutural 3D para acessar funcionalidades e propriedades que, de outra forma, seriam inacessíveis apenas por otimização de composição e/ou microestrutura.

À medida que nossa compreensão das relações entre arquitetura e propriedades e das ferramentas de manufatura avançou, também se desenvolveu esses materiais nano e micro‑arquitetados 3D com propriedades novas ou aprimoradas, variando de comportamentos mecânicos extremos a propriedades ópticas exóticas que simplesmente não podem ser alcançadas com materiais processados tradicionalmente. Dessa forma, os materiais arquitetados ajudam a atender à crescente demanda por dispositivos de alto desempenho e permitem tecnologias complexas.

Esses materiais são atualmente fabricados usando tecnologias de manufatura aditiva (AM) devido à sua capacidade de produzir estruturas 3D complexas em uma ampla gama de escalas. Entre os diferentes processos de AM, a fotopolimerização em cuba (VP) é amplamente utilizada, pois permite tamanhos pequenos e velocidades rápidas.

Neste método de impressão 3D, uma resina sensível à luz é depositada em uma cuba e, então, usando um laser ou luz UV, é solidificada seletivamente na forma desejada.

No entanto, esse processo é usado apenas com polímeros sensíveis à luz e enfrenta desafios na fabricação de materiais não poliméricos com ele. Como os polímeros têm propriedades estruturais e funcionais limitadas, isso restringe os casos de uso de dispositivos fabricados com VP.

Como resultado, cientistas desenvolveram métodos para possibilitar a VP de materiais não fotopolimerizáveis, como metais e cerâmicas. Isso inclui o uso de foto‑resina híbrida (combinando componentes inorgânicos e orgânicos) ou slurry foto‑sensível, mas eles enfrentam desafios com espalhamento de luz, viscosidades e composições limitadas de materiais.

Consequentemente, o uso de soluções de sais metálicos surgiu como uma abordagem promissora, versátil e comercialmente disponível. Mas essa apresenta uma quantidade significativa de encolhimento, causando porosidade, deformação e danos estruturais.

Para enfrentar esses desafios, pesquisadores da EPFL desenvolveram um novo método versátil para fabricar metais e cerâmicas arquitetados densos com baixas contrações lineares de conversão. 

O que eles fizeram foi cultivar metais em um hidrogel, o que resulta em construções notavelmente densas, porém complexas, para tecnologia avançada.

Hidrogéis são materiais poliméricos que são principalmente compostos de água. Quando hidratados, tornam‑se semelhantes a gelatina. Sendo biocompatíveis, são utilizados em uma ampla gama de aplicações médicas e outras. No entanto, esses materiais sofrem com estresse mecânico repetido e podem facilmente deformar‑se. 

“O problema dos hidrogéis existentes é que eles podem ser mecanicamente fracos e, portanto, precisam ser reforçados,” disse o Professor Associado Koichi Mayumi do Instituto de Física do Estado Sólido (ISSP) da Universidade de Tóquio, que criou¹ um hidrogel que exibe resistência semelhante à borracha e recuperabilidade, mantendo a flexibilidade.

Um estudo recente², por sua vez, usou hidrogéis para demonstrar a capacidade de materiais não vivos de usar ‘memória’ para atualizar sua compreensão do ambiente. Eles mostraram que “a memória emerge dentro dos hidrogéis” ao fazer hidrogéis não vivos (que podem responder à estimulação elétrica) jogar o videogame Pong e melhorar sua precisão em até 10% através da prática.

Agora, pesquisadores da EPFL transformaram esses hidrogéis macios em metais e cerâmicas excepcionalmente fortes usando um poderoso novo método de impressão 3D.

Uma Nova Forma de Imprimir Metais Fortes em 3D

Com outros métodos de impressão 3D criados para converter polímeros impressos em materiais mais resistentes, que sofrem de sérios problemas estruturais, “esses materiais tendem a ser porosos, o que reduz significativamente sua resistência, e as peças sofrem de encolhimento excessivo, que causa deformação”, os pesquisadores criaram uma solução única para o problema.

Pesquisadores da EPFL pioneiraram um método de impressão 3D chamado manufatura aditiva por infusão de hidrogel (HIAM).

No estudo mais recente, publicado na Advanced Materials³, os pesquisadores observaram que, apesar de seus benefícios em termos de versatilidade e acessibilidade, a utilidade do novo método é limitada pelas contrações de 50%‑90% que ocorrem durante o processo de conversão de polímero para cerâmica, o que causa muita porosidade, fissuras e deformações nas peças finais, frequentemente tornando‑as frágeis demais para uso prático. Portanto, eles também utilizam uma estratégia de infusão‑precipitação pós‑fabricação.

Em vez de usar luz para solidificar uma resina pré‑infundida com precursores metálicos, a equipe da EPFL primeiro construiu um suporte 3D de hidrogel.

Então o hidrogel ’em branco’ é infundido com diferentes soluções de sais metálicos antes de ser tratado termicamente para convertê‑lo em nanopartículas contendo metais que permeiam a estrutura. Repetindo o processo, podem ser criados compósitos com concentrações muito altas de metal.

Após cinco a dez desses ‘ciclos de crescimento’, a etapa final envolve aquecer para que o hidrogel restante seja queimado. Isso deixa o produto final, ou seja, um objeto cerâmico ou metálico na forma do polímero em branco original que é muito forte e denso. 

Infundir sais metálicos em hidrogéis apenas após a fabricação significa que um único hidrogel pode ser modificado em muitos compósitos, metais ou cerâmicas diferentes. 

Não só uma única composição de resina pode ser usada para fabricar uma quase infinita variedade de materiais não poliméricos, como este estudo também destaca um novo paradigma de AM onde a seleção de material não ocorre antes, mas sim após a impressão 3D.

Portanto, a nova técnica “permite a fabricação de metais e cerâmicas de alta qualidade com um processo de impressão 3D acessível e de baixo custo”, disse Daryl Yee, chefe do Laboratório de Química de Materiais e Manufatura (ALCHEMY) na Escola de Engenharia da EPFL. 

O foco no ALCHEMY é integrar ciência dos materiais, design molecular e manufatura avançada para criar materiais funcionais avançados que podem enfrentar desafios sociais em saúde, energia e mudança climática.  

Usando seu método, a equipe da EPFL fabricou com sucesso uma variedade de estruturas 3D complexas de metal e cerâmica. Eles criaram formas de rede matemática complexas chamadas giroides de cobre, prata e ferro.

A fabricação de Fe₂O₃, SrFe₁₂O₁₉, Fe, Cu e Ag alcançou densidades próximas de 88‑89% da teórica e encolhimentos de 20‑40% (dependendo da composição), demonstrando a capacidade da técnica de criar estruturas fortes e intrincadas. Uma máquina de teste universal também foi usada para testar a resistência dos materiais aplicando pressão crescente aos giroides.

“Nossos materiais puderam suportar 20 vezes mais pressão comparados aos produzidos com métodos anteriores, enquanto exibiam apenas 20% de encolhimento versus 60‑90%.”

– estudante de doutorado e primeiro autor Yiming Ji

De acordo com os cientistas, a técnica recém‑desenvolvida baseada em infusão‑precipitação tem potencial para fabricar materiais arquitetados avançados e estruturas 3D que precisam ser simultaneamente complexas, leves e fortes, como dispositivos biomédicos, sensores ou dispositivos para conversão e armazenamento de energia. 

Nos próximos passos, a equipe se concentrará em melhorar seu processo, especificamente em aumentar ainda mais a densidade de seus materiais, para sua comercialização. 

Velocidade é outro objetivo. Embora infusões repetidas sejam importantes para produzir materiais mais fortes, essas etapas tornam o método demorado. “Já estamos trabalhando para reduzir o tempo total de processamento usando um robô para automatizar essas etapas”, disse Yee.
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Para Onde a Manufatura Aditiva Está Indo a Seguir?

A manufatura aditiva é uma das tecnologias mais disruptivas da nossa era, construindo objetos 3D camada por camada usando design digital e uma ampla gama de materiais, como metal, plástico, e concreto.

Essa tecnologia é conveniente, versátil e capaz de fabricar rapidamente estruturas geométricas intrincadas. Também reduz o desperdício de material, permite alta personalização e melhora o desempenho de dispositivos flexíveis.

O tamanho global do mercado de AM é estimado em cerca de US$ 25 bilhões em 2025 e está projetado a crescer para mais de US$ 125 bilhões até 2032. Enquanto isso, o total de unidades de impressoras 3D enviadas globalmente foi de 2,2 milhões em 2021 e espera‑se que alcance 21,5 milhões de unidades até o final desta década.

Esses números refletem uma adoção crescente da tecnologia, que não está restrita apenas a laboratórios. Está sendo cada vez mais usada para construir casas, sapatos, headsets de realidade virtual, materiais biodegradáveis autorreparáveis⁴, e muito mais.

Mais recentemente, pesquisadores da Empa relataram o desenvolvimento de um implante corneano biocompatível impresso em 3D que pode reparar danos oculares permanentemente. 

Com milhões de pessoas em todo o mundo afetadas por danos corneanos, apenas uma pequena porcentagem pode ser tratada com transplante de córnea. O desenvolvimento de implantes autoadesivos personalizados possibilitado pela bioprintagem por extrusão 3D pode mudar completamente o cenário.

O implante é feito de um hidrogel biocompatível, que posteriormente será carregado com células‑tronco humanas do olho para apoiar a regeneração tecidual.

Embora as aplicações de AM continuem a crescer, cientistas também estão resolvendo alguns dos desafios técnicos mais persistentes da impressão 3D. Pesquisadores do Oak Ridge National Laboratory (ORNL) criaram uma técnica de extrusão assistida por vácuo⁵ que pode reduzir a porosidade interna de componentes de polímero em 75% abordando assim o problema que impede a manufatura aditiva em larga escala (LFAM).

A porosidade interna enfraquece as peças impressas, e reduzi‑la é importante para melhorar o desempenho geral.

O que os pesquisadores fizeram foi, durante o processo de extrusão, integrar um funil de vácuo, que removeu gases presos e minimizou a formação de vazios em materiais reforçados com fibras, prevalentes em LFAM devido à sua firmeza e baixa expansão térmica, mas que apresentam porosidade intra‑esferas que afeta sua qualidade.

“Usando esta técnica inovadora, não estamos apenas abordando o problema crítico da porosidade em impressões de polímero em larga escala, mas também abrindo caminho para compósitos mais fortes. Este é um salto significativo para a indústria de LFAM.”

– Vipin Kumar, do ORNL

Enquanto isso, pesquisadores da Universidade do Colorado Boulder criaram um software, OpenVCAD, para ajudar a alcançar designs mais complexos. O software de código aberto pode aplicar propriedades específicas a certas partes de estruturas de rede, que geralmente são usadas para capacidades de absorção de impacto.

A primeira ferramenta de design multi‑material baseada em código “permite que os usuários alterem uma pequena variável e vejam todo o design atualizar de forma fácil”, disse o líder do projeto Robert MacCurdy. Ela converte designs de gradiente complicados em código pronto para impressão para aplicações de engenharia modernas.

Além de melhorar a qualidade dos materiais, inovadores também estão trabalhando para trazer o poder da fabricação para a palma da mão. Um artigo de pesquisadores da UT Austin e MIT explorou o uso de fotônica de silício em uma impressora 3D baseada em chip, onde um único dispositivo fotônico de escala milimétrica realiza a maior parte da funcionalidade mecânica da impressora, substituindo a fonte de luz. A impressora resultante é muito mais simples e econômica.

As impressoras 3D atuais dependem de sistemas mecânicos grandes e complexos, limitando velocidade, portabilidade, resolução, fator de forma e complexidade de materiais. Embora os pesquisadores estejam investigando impressoras 3D baseadas em fotocura, elas ainda dependem de sistemas mecânicos volumosos e complexos. 

Portanto, o estudo mais recente combinou fotônica de silício e fot química para a primeira impressora 3D baseada em chip. Eles usaram um chip CMOS de fotônica de silício em uma pequena câmara, que tanto emite a luz quanto a direciona, junto com uma guia de onda de cristal líquido para trabalhar com a resina. 

O sistema é um “sistema de matriz de fase óptica integrada de luz visível” que funciona como um sistema de polimerização em cuba em um chip, com a ideia final de fazer todo o sistema caber na palma da mão.

Investindo em Impressão 3D

Famosa por impressão tradicional, HP (HPQ ) tem entrado agressivamente no mercado de impressão 3D e ostenta escala, capital e infraestrutura para adotar processos de ponta como a infusão de hidrogel.

A empresa iniciou sua incursão na manufatura aditiva há pouco mais de uma década e, desde então, lançou vários sistemas de impressão 3D de polímero e introduziu a tecnologia Metal Jet. Embora não seja a mais antiga no setor de impressão 3D, a HP tem trabalhado para se tornar líder de mercado por meio de inovação em tecnologia, materiais e parcerias.

HP Inc. (HPQ )

No início deste ano, a tecnologia de impressão 3D Multi Jet Fusion da HP foi usada pela Blazin Rodz para fabricar mais de 75 peças para um carro customizado. 

“Não há como projetarmos e engenharmos veículos tão extremos, precisos e dirigíveis como fazemos na Blazin Rodz — em menos de um ano — sem design CAD e impressão 3D. A impressão Multi‑Jet Fusion (MJF) da HP é um divisor de águas para toda a indústria, e estamos comprometidos em encontrar aplicações inteligentes e inovadoras dela com cada peça assinatura que desenvolvemos e cada carro customizado que construímos daqui em diante.”

– Waylon Jeffrey, Líder de Design & Engenharia 3D na Blazin Rodz

Há alguns meses, a empresa de fabricação de drones móveis, Firestorm Labs, garantiu direitos exclusivos de distribuição da HP para sua tecnologia móvel Multi Jet Fusion de impressão 3D, permitindo produção no local em contextos médicos, humanitários e comerciais.

A HP é fornecedora global de computadores pessoais e outros dispositivos de acesso digital, operando através de três segmentos principais.

O segmento Personal Systems oferece desktops comerciais e de consumo, notebooks, workstations, sistemas POS, displays, sistemas híbridos e software; o segmento Printing oferece hardware de impressoras de consumo e comerciais, juntamente com gráficos, impressão 3D e personalização nos mercados comercial e industrial; e o segmento Corporate Investments inclui certos projetos de incubação e investimento empresarial.

Com capitalização de mercado de US$ 25,5 bilhões, as ações da HPQ estão atualmente negociando a US$ 27,22, queda de 16,18% neste ano até agora. Seu intervalo de 52 semanas tem sido entre US$ 21,21 e US$ 39,80, enquanto o maior valor já alcançado foi em meados de 2022, quando a HPQ atingiu um pico de cerca de US$ 41,50.

A empresa tem um EPS (TTM) de 2,75 e um P/E (TTM) de 9,96. O rendimento de dividendos oferecido pela HP aos acionistas é atraente, 4,23%.

Quanto à posição financeira da HP, ela reportou receita líquida de US$ 13,9 bilhões, um aumento de 3,1% em relação ao período do ano anterior, para o terceiro trimestre do ano fiscal de 2025. 

Isso inclui US$ 4 bilhões em receita do negócio de Printing, que caiu 4% ano a ano (YoY) com margem operacional de 17,3%. A receita líquida de Consumer Printing diminuiu 8%, a de Commercial Printing 3% e a de Supplies 4%. O total de unidades de hardware, por sua vez, registrou queda de 9%, com unidades de Commercial Printing caindo 12% e de Consumer Printing 8%.

O lucro líquido diluído GAAP por ação da HP subiu 23,1% para US$ 0,80, e o EPS diluído não‑GAAP caiu 10,7% para US$ 0,75.

“No terceiro trimestre entregamos um quinto trimestre consecutivo de crescimento de receita, impulsionado pela força em Personal Systems e forte impulso em nossas áreas‑chave de crescimento. Esses resultados demonstram nossa agilidade e execução focada no trimestre, reforçam a força de nossa estratégia e nosso compromisso de ser líder no futuro do trabalho.”

– CEO Enrique Lores

Durante este trimestre, a empresa reportou US$ 1,7 bilhão em caixa líquida das atividades operacionais, enquanto o fluxo de caixa livre foi de US$ 1,5 bilhão. Também devolveu US$ 400 milhões aos acionistas por meio de pagamentos de dividendos de US$ 0,2894 por ação e recompra de ações de US$ 150 milhões. A HP encerrou o trimestre com US$ 2,9 bilhão em caixa e equivalentes.

Clique aqui para uma lista das principais ações de manufatura aditiva e impressão 3D.

Últimas Notícias e Desenvolvimentos das Ações da HP Inc. (HPQ)

Um Novo Capítulo para a Ciência dos Materiais

Com a impressão 3D, a manufatura entrou em uma nova era, permitindo prototipagem rápida, desenvolvimento mais veloz, flexibilidade de design, economia de custos e melhorias na cadeia de suprimentos.

Aproveitando essa tecnologia e combinando-a com infusão de hidrogel e uma estratégia de infusão‑precipitação, pesquisadores da EPFL produziram metais mais fortes, redefinindo quando e como a identidade do material é determinada na cadeia de produção. Além disso, a flexibilidade que oferece pode ser potencialmente transformadora para indústrias que vão da energia à engenharia biomédica.

À medida que esses métodos amadurecem, escalam e se comercializam, podem inaugurar um novo panorama industrial onde a resistência não é feita, mas cultivada.

Referências:

1. Liu, C., Morimoto, N., Jiang, L., Kawahara, S., Noritomi, T., Yokoyama, H., Mayumi, K., & Ito, K. (2021). Hidrogéis resistentes com auto‑reforço rápido. Science, 372(6546), 1078–1081. https://doi.org/10.1126/science.aaz6694
2. Strong, V., Hayashi, Y., Ward, J., et al. (2024, August 23). Hidrogéis poliméricos eletroativos exibem memória emergente quando inseridos em um ambiente controlado por feedback. Cell Reports Physical Science, 5, Article 00436. https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.00436
3. Ji, Y., Hong, Y., Bhandari, D. R., & Yee, D. W. (2025, September 24). Fotopolimerização em cuba baseada em hidrogel de cerâmicas e metais com baixas contrações via infusão‑precipitação repetida. Advanced Materials. https://doi.org/10.1002/adma.202504951
4. Li, Y., Ma, G., Guo, F., Luo, C., Wu, H., Luo, X., Zhang, M., Wang, C., Jin, Q., & Long, Y. (2024, June 25). Materiais biodegradáveis autorreparáveis impressos em 3D e suas aplicações. Frontiers of Mechanical Engineering, 19, Article 17. https://doi.org/10.1007/s11465-024-0787-1
5. Mattingly, F., Kumar, V., Chawla, K., Bras, W., Kunc, V., & Duty, C. (2025, January). Extrusão assistida por vácuo para reduzir a porosidade interna na manufatura aditiva de grande formato. Additive Manufacturing, 97, 104612. https://doi.org/10.1016/S2214-8604(24)00658-4
6. Corsetti, S., Notaros, M., Sneh, T., Stafford, A., Page, Z. A., & Notaros, J. (2024, June 6). Impressora 3D baseada em chip habilitada por fotônica de silício. Light: Science & Applications, 13, Article 132. https://doi.org/10.1038/s41377-024-01478-2