Impressão 3D em argila: novas aplicações e desafios

Quando Julian Jauk estava se formando em arquitetura na Universidade de Tecnologia de Graz, na Áustria, sua professora Milena Stavric o convidou para participar de um projeto de pesquisa em argila impressa em 3D. A partir de então, ele ficou viciado no casamento de material, método e design computacional avançado que permite criações verdadeiramente inovadoras de um dos materiais de construção mais antigos do mundo.

Agora, depois de 11 estudos de pesquisa publicados e artigos sobre técnicas experimentais de modelagem de argila, argila reforçada e impressão multimaterial, entre outros tópicos, além de falar em simpósios internacionais e lecionar na universidade – ele até desenvolveu um plugin de software projetado especificamente para impressão 3D de argila chamado Termite* – Jauk é agora um pesquisador de pós-doutorado e professor no Instituto de Arquitetura e Mídia da universidade, após concluir sua tese sobre métodos avançados de impressão 3D com argila

All3DP conversou com este jovem pesquisador inovador para falar sobre a vanguarda da impressão 3D em argila hoje, incluindo as aplicações inovadoras, avanços nos materiais e o apelo da argila para a sustentabilidade na arquitetura.

A argila impressa em 3D na arquitetura é apenas decorativa ou pode ser estrutural?

“Eu imagino inúmeras aplicações para argila impressa em 3D na arquitetura, incluindo componentes estruturais de suporte de carga semelhantes a tijolos, colunas, elementos de fachada e detalhes intrincados, como corrimãos ou recursos puramente decorativos. Embora essas aplicações se concentrem na utilização de elementos impressos em 3D como componentes cerâmicos queimados, também há uma extensa pesquisa na impressão de estruturas monolíticas a partir de argila crua. No entanto, minha pesquisa é especificamente focada em módulos cerâmicos queimados. Na minha opinião, é improvável que a argila impressa em 3D substitua totalmente os tijolos produzidos em massa. Em vez disso, contribuirá para um sistema híbrido, onde tijolos produzidos em massa são usados para a maior parte da estrutura e elementos impressos em 3D são empregados em áreas tecnicamente desafiadoras, como conexões de canto, juntas de janelas e outros detalhes estruturais complexos.

Quais são algumas vantagens da argila sobre o concreto ou materiais usados atualmente?

“Eu diria que as vantagens ambientais de escolher argila em vez de concreto ou polímeros para impressão 3D em larga escala são bastante óbvias. No meu trabalho diário como pesquisador, a argila é particularmente útil porque pode ser reutilizada após a impressão, tornando-a ideal para metodologias de pesquisa orientadas ao design e prototipagem rápida. Além disso, as qualidades naturais da argila, incluindo suas cores e hápticas, têm um efeito psicológico positivo nas pessoas, pois esse material faz parte da história humana desde 7.500 a.C.

[A argila impressa, e mesmo a argila completamente seca, podem ser reidratadas adicionando água e amassando-a para restaurar sua trabalhabilidade.]

Quais são os desafios da argila como material na impressão 3D? Como pode ser melhorado?

“Quando se trata de impressão 3D com argila, a principal limitação é sua viscosidade, que afeta diretamente os tipos de designs que podem ser alcançados, principalmente com estruturas suspensas. Embora o encolhimento geral possa ser calculado com bastante precisão, isso depende de objetos bem projetados. Especificamente, a massa deve ser distribuída uniformemente dentro de um objeto para evitar rachaduras durante o processo de secagem.

A partir da minha experiência em impressão 3D, desenvolvi uma intuição sobre o que é possível e quais técnicas podem ser empregadas para ultrapassar os limites das limitações do material. Técnicas como reforço de fibra, reforço de filamento e uso estratégico de pistolas de calor durante a impressão são valiosas. Além disso, projetar caminhos de impressão de forma inteligente – usando leitos de impressão não planares para suportar geometrias específicas – também pode ser eficaz na obtenção de formas mais complexas.

Que aplicação inovadora você acha que poderia acelerar a adoção da impressão 3D em argila?

“A impressão 3D de cerâmica começou a ganhar força nas últimas décadas. No entanto, a fabricação digital de argila ainda não é tão tecnologicamente avançada ou padronizada quanto as indústrias de construção de concreto, madeira ou aço.

Acredito que o progresso nessa área pode ser dividido em três etapas: arte, pesquisa e indústria. Atualmente, a impressão 3D de argila está bem estabelecida entre os artistas, mas ainda está nas fases iniciais de pesquisa nas universidades. Proponho que, uma vez que as empresas maiores comecem a se envolver com a impressão 3D de argila em um futuro próximo, o mercado se adaptará de acordo.

Em minha tese de doutorado, identifiquei cinco áreas-chave que precisam ser avançadas para desenvolver ainda mais a impressão 3D de argila:

1. Desenvolvimento de novas misturas de materiais e materiais compósitos.
2. Pesquisa fundamental no campo das propriedades mecânicas da argila impressa em 3D.
3. Acessibilidade aprimorada do software para permitir uma adoção mais ampla da impressão 3D em argila.
4. Desenvolvimento adicional de métodos de impressão 3D existentes para melhorar a qualidade da superfície do objeto e a integridade estrutural.
5. Projetos representativos que destacam os potenciais distintos da argila impressa em 3D”

O que seus alunos aprendem com o design e a impressão 3D com argila?

“Para a maioria dos alunos, trabalhar com argila foi uma experiência completamente nova. Além disso, para muitos, este curso representou seu primeiro encontro com a fabricação digital. Como resultado, há uma quantidade significativa para eles aprenderem em apenas um curso. Embora muitos alunos estejam familiarizados com plásticos de impressão 3D usando diâmetros de bico em torno de 0,4 mm, eles geralmente ficam surpresos ao descobrir que, devido ao tamanho de um caminho ou camada de impressão individual, o design dos caminhos de impressão – em vez de simplesmente criar um objeto 3D fechado no computador – é crucial para as qualidades estruturais e estéticas dos elementos impressos.

Que tipo de impressora 3D de argila você usa em Graz?

“Começamos inicialmente com uma impressora de argila Delta WASP 40100 e depois integramos o Sistema de Alimentação Contínua WASP assim que ele se tornou disponível. Para preparar a argila imprimível, também utilizamos uma máquina de amassar industrial de 40 litros. No ano passado, modificamos a impressora WASP substituindo os componentes eletrônicos, incluindo a placa-mãe, por componentes de código aberto para permitir um fluxo de trabalho mais experimental. Atualmente, estamos desenvolvendo uma impressora 3D de argila com um volume de impressão de vários metros.”

 

Este artigo foi inicialmente publicado por All3DP.