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Aug 31, 2023

Injeção

O vidro é um dos materiais mais antigos da humanidade e ainda é amplamente utilizado para tudo, desde recipientes para bebidas e embalagens até óptica e comunicações. Infelizmente, os métodos para trabalhar com

O vidro é um dos materiais mais antigos da humanidade e ainda é amplamente utilizado para tudo, desde recipientes para bebidas e embalagens até óptica e comunicações. Infelizmente, os métodos de trabalho com vidro ficaram no passado. A maioria dos métodos requer muito calor na faixa de 1.500 °C a 2.000 °C, e todos são limitados na complexidade das formas que podem ser feitas.

No que diz respeito à fabricação de formas, o vidro pode ser soprado e o vidro derretido prensado em moldes. O vidro também pode ser polido, gravado ou fundido em um forno. O vidro seria fantástico para muitas aplicações se não fosse por toda aquela coisa de geometria limitada. Devido às limitações da formação do vidro, algumas lentes ópticas são feitas com polímeros, embora o vidro tenha melhores características ópticas.

Idealmente, o vidro poderia ser moldado por injeção como o plástico. Os benefícios disso seriam duplos: formas mais complexas seriam possíveis e teriam um tempo de fabricação muito mais rápido. Bem, a espera acabou. Pesquisadores da Universidade de Freiburg, na Alemanha, descobriram uma maneira de aplicar moldagem por injeção ao vidro. E não é qualquer vidro: eles fabricaram vidro de quartzo fundido transparente e de alta qualidade, e fizeram isso em temperaturas mais baixas do que os métodos tradicionais. A equipe usou difração de raios X para verificar se o vidro é amorfo e livre de cristais, e foi capaz de confirmar sua transparência óptica de três maneiras – microscopia de luz, medições UV-visíveis e infravermelhas. Tudo o que foi revelado foi um pouquinho de poeira, o que é esperado fora de uma sala limpa.

Esta é uma notícia animadora por dois grandes motivos: a moldagem por injeção abre as portas para formas complexas e também consome menos energia do que os métodos tradicionais de formação de vidro. A equipe começou essa jornada em 2017 hackeando uma impressora 3D para esguichar pasta de vidro em vez de plástico. Para fazer isso, eles fizeram um pó imprimível a partir de nanopartículas de sílica e um polímero curável por UV. Embora certamente funcionasse para criar formas complexas, a impressão e a cura eram um processo lento e único.

Mas agora eles atualizaram o processo para funcionar com moldagem por injeção. Então qual é o segredo? Mais polímeros da era espacial. Eles começaram novamente com nanopartículas de sílica e adicionaram polietilenoglicol (PEG) e polivinil butril (PVG). Isso produziu uma pasta que eles alimentaram em uma extrusora, e a extrusora esguichou o vidro plastificado em pequenos moldes intrincados em forma de pequenas engrenagens, discos e torres.

Ao saírem do molde, as peças mantêm-se unidas graças às interações de van der Waals que ocorrem entre as partículas de sílica. Estas são forças eletrostáticas fracas que ligam as moléculas umas às outras. Para uma ligação mais permanente, os investigadores primeiro mergulham as peças em água durante várias horas para remover o PEG. Em seguida, eles queimam as peças em dois estágios – uma vez a 600°C para queimar o PVB, e uma segunda vez a 1300°C para fundir as partículas de sílica. Neste ponto, o plástico desapareceu e tudo o que resta é o vidro.

Frederik Kotz, um dos pesquisadores e líder do grupo da startup de materiais Glassomer, disse o seguinte sobre sua descoberta:

Vemos um grande potencial, especialmente para pequenos componentes de vidro de alta tecnologia com geometrias complicadas. Além da transparência, o baixíssimo coeficiente de expansão do vidro também torna a tecnologia interessante. Os sensores e a óptica funcionam de forma confiável em qualquer temperatura se os principais componentes forem feitos de vidro.

Embora a moldagem por injeção seja mais rápida do que o processo de impressão e cura da equipe de alguns anos atrás, há um problema: a lavagem do PEG deve ser feita durante vários dias para evitar que o vidro quebre. Certamente alguém descobrirá uma maneira de fazer isso mais rápido. Talvez até antes da próxima vez que o mundo precisar de frascos de vidro para milhares de milhões de doses de uma nova vacina.

Imagens via Glassomer