Los científicos han desarrollado una técnica de impresión 3D avanzada que revolucionará la industria manufacturera.
Un grupo dirigido por el Dr. José Marques-Hueso del Instituto de Sensores, Señales y Sistemas de la Universidad Heriot-Watt de Edimburgo ha desarrollado un nuevo método de impresión 3D que utiliza luz infrarroja cercana (NIR) para crear estructuras complejas que incorporan múltiples materiales y colores. .
Lo lograron modificando un proceso de impresión 3D bien establecido conocido como estereolitografía para ampliar los límites de la integración de múltiples materiales. Una impresora 3D convencional normalmente aplicaría un láser azul o UV a la resina líquida, que luego se solidifica selectivamente, capa por capa, para construir el objeto deseado. Pero la principal desventaja de este enfoque fueron las limitaciones en la mezcla de materiales.
Lo que distingue a este último proyecto es que los investigadores utilizan una fuente de luz NIR capaz de imprimir a profundidades mucho mayores en el tanque de resina, sin tener que imprimir en capas.
Los hallazgos presentan enormes oportunidades para las industrias, especialmente aquellas que dependen de piezas especializadas, como los sectores médico y eléctrico.
El Dr. Marques-Hueso explica: “La novedad de nuestro nuevo método, que nunca antes se había utilizado, es el uso de ventanas de invisibilidad NIR de los materiales para imprimir a una profundidad de más de 5 cm, mientras que la tecnología convencional limita la profundidad a aproximadamente 0,1 mm. Esto significa que puede imprimir a partir de un material y luego agregar un segundo material, solidificándolo en cualquier parte del espacio 3D, no solo en las superficies exteriores”.
“Por ejemplo, podemos imprimir un cubo hueco que en su mayoría está sellado por todos lados. Podemos volver más tarde e imprimir un objeto hecho de un material completamente diferente en esta caja, porque el láser NIR penetrará en el material anterior como si fuera invisible, porque de hecho es completamente transparente en NIR”.
Dr. Adilet Zhakeyev, dr. un investigador de la Universidad Heriot-Watt, que trabajó en el proyecto durante casi tres años, agrega: “La tecnología Fused Deposition Modeling (FDM) ya ha sido capaz de mezclar materiales, pero FDM tiene una resolución baja donde las capas son visibles y basadas en la luz. tecnologías como la estereolitografía pueden producir muestras suaves con una resolución de menos de cinco micrómetros.
Los investigadores dicen que un elemento clave de su proyecto fue el desarrollo de resinas modificadas que contienen nanopartículas que exhiben el fenómeno de conversión ascendente óptica. Estas nanopartículas absorben fotones NIR y los convierten en fotones azules que solidifican la resina. El fenómeno es “no lineal”, lo que significa que puede adquirir fotones azules principalmente en el foco del láser, no en su camino a través de él. Debido a esto, NIR puede penetrar profundamente en el material como si fuera transparente y solidificar solo el material del interior.
Su nuevo método de impresión 3D les permite imprimir múltiples materiales con diferentes propiedades en la misma muestra, como elastómeros flexibles y acrílico rígido, útiles en muchas industrias como la del calzado. La técnica abre innumerables posibilidades nuevas, como la impresión 3D de objetos dentro de cavidades, la restauración de elementos dañados e incluso la bioimpresión in situ a través de la piel.
“En el mismo proyecto de investigación, desarrollamos previamente una resina que se puede recubrir selectivamente con cobre”, continúa el Dr. Marques-Hueso.
“Al combinar ambas tecnologías, ahora podemos imprimir en 3D con dos resinas diferentes y recubrir selectivamente solo una de ellas con cobre utilizando un baño de solución de galvanoplastia simple. De esta manera podemos crear circuitos integrados en 3D, lo cual es muy útil en la industria electrónica”.
Si bien esta tecnología ofrece una visión emocionante del futuro, sus costos son sorprendentemente bajos.
El Dr. Marques-Hueso dijo: “La clara ventaja de esta técnica es que se puede construir una máquina completa por menos de 400 libras esterlinas. Algunas otras tecnologías láser avanzadas, como la polimerización de dos fotones (2PP), requieren costosos láseres ultrarrápidos de decenas de miles de libras, pero este no es el caso para nosotros, ya que nuestros materiales especializados permiten el uso de láseres económicos”.
“Ahora que tenemos resultados para respaldar nuestras afirmaciones, esperamos trabajar con empresas para desarrollar aún más esta tecnología”.
El estudio fue publicado en la revista Materiales de ingeniería avanzada.
Más información:
Assel Ryspayeva et al., Técnica de impresión 3D multimaterial para circuitos electrónicos usando fotopolímero y metalización selectiva, Materiales de ingeniería avanzada (2022). DOI: 10.1002/adem.202201243