Por Megan Craig, M.Sc.
La impresión 3D ha transformado el mundo. Ha permitido a las industrias aeroespacial, médica, automotriz e industrial, entre otras, modificar componentes y prototipos de maneras que antes eran imposibles. Ha aumentado significativamente la flexibilidad y la rentabilidad, al tiempo que ha disminuido el desperdicio y el tiempo de producción. Sin embargo, muchos materiales impresos en 3D no son particularmente robustos.
Samuel Leguizamon, izquierda, observa cómo Alex Commisso estira el material 3D que imprimieron en los Laboratorios Nacionales Sandia, utilizando la impresión 3D selectiva de metátesis de olefinas de doble longitud de onda, o SWOMP. Crédito de la imagen: Craig Fritz
Los químicos y científicos de materiales de Sandia National Laboratories esperan cambiar eso.
Han creado un método de impresión completamente novedoso que produce materiales no metálicos cinco veces más rápido que la impresión 3D convencional y más resistentes en un tiempo récord.
Abre un mundo completamente nuevo sobre lo que se puede construir y para qué se pueden utilizar los materiales 3D.
Samuel Leguizamón, científico principal, Laboratorios Nacionales Sandia
Bajo su dirección se creó SWOMP, o impresión 3D selectiva de metátesis de olefinas de longitud de onda dual. Emplea luz de doble longitud de onda, como su nombre indica, a diferencia del método de impresión convencional.
Cómo funciona la impresión 3D
Tradicionalmente, la impresión 3D en tina implica irradiar una tina de resina líquida fotosensible con el patrón deseado.
La resina cura y solidifica formando una capa de polímero cuando se expone a la luz desde debajo de la tina. Para curar la siguiente capa, se levanta el polímero curado y se proyecta un nuevo patrón debajo.
Un problema es que el polímero se adhiere al fondo de la tina y a la capa superior a medida que cura. Para evitar daños, el polímero curado debe retirarse con cuidado del tanque después de cada capa, lo que ralentiza considerablemente el proceso de impresión 3D.
Su compañera creadora Leah Appelhans lo comparó con hacer galletas.
Después de hornear las galletas, debes dejarlas enfriar. Si intentaras pelar la galleta caliente de la bandeja para hornear, queda blanda y se rompe. Lo mismo sucedería con una impresora 3D si intentaras imprimir rápidamente cada capa. Tu trabajo se deformaría.
Leah Appelhans, Laboratorios Nacionales Sandia
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Leguizamon, Appelhans, el ex empleado de Sandia Jeff Foster y el científico de polímeros Alex Commisso idearon un método para enfriar las “galletas” más rápidamente.
Luz ultravioleta y azul
La clave es combinar dos luces. En esta situación, los rayos UV y la luz azul.
El equipo se inspiró en una tecnología llamada impresión continua de interfaz líquida, así como en un método de impresión para polimerizaciones de base acrílica que utiliza luz de doble longitud de onda.
Con ello desarrollaron SWOMP.
Leguizamon agregó: “Aún estás imprimiendo capa por capa, pero estás usando una segunda longitud de onda de luz para evitar la polimerización en el fondo de la tina. Por lo tanto, no se adhiere al fondo. Eso significa que puedes levantar la pieza de polímero curada más rápidamente y acelerar significativamente el proceso de impresión”.
Fortalecer los materiales 3D
Sin embargo, este nuevo método va más allá de la simple eficiencia. Se trata de hacer que los materiales impresos en 3D sean más duraderos y multifuncionales. La mayoría de los materiales impresos por polimerización en tina están hechos de acrílico, que no es la sustancia más fuerte.
Es realmente difícil utilizar estos materiales en cosas como aviones, espacio, aeroespacial y automoción; Son ambientes muy duros.
Bob Sleeper, ejecutivo de licencias, Sandia National Laboratories
Este equipo recurrió al diciclopentadieno, una sustancia química ampliamente utilizada en la fabricación de pinturas, barnices y retardantes de llama plásticos. Pudieron descubrir un método para polimerizarlo más rápidamente utilizando luz, lo que permitió emplearlo de manera más eficiente en la impresión 3D.
“Cambiamos los componentes básicos de los materiales de base acrílica a base de olefina. Lo que nos permite imprimir materiales mucho más resistentes”, añadió Leguizamón.
Sleeper afirmó: “Esa es la belleza de lo que están haciendo. Tienes piezas de plástico de muy alta calidad que se fabrican con mucha precisión utilizando algo de luz de una manera muy novedosa”.
Abriendo un nuevo mundo de impresión 3D
Este equipo espera que su nueva técnica de impresión amplíe el alcance de la impresión 3D.
La investigación recibió apoyo primero a través de un programa Exploratory Express de tres meses, que actualmente cuenta con el respaldo de un programa de maduración de tecnología de Sandia.
Appelhans afirmó: “Lo que estamos tratando de hacer es construir la caja de herramientas con los materiales disponibles. Queremos que los diseñadores, investigadores e ingenieros puedan seleccionar el tipo de material que quieren utilizar”.
Ven el uso futuro de estos componentes impresos en 3D en baterías, motores, cohetes y tal vez incluso aplicaciones de fusión. Leguizamón afirmó que ya habían comenzado a discutir usos potenciales con investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.
“Resulta que los monómeros ya se utilizan en componentes de fusión. Normalmente no se piensa en un polímero utilizado en fusión, pero tiene un potencial realmente interesante y emocionante”, afirmó Leguizamon.
El grupo imagina un futuro en el que lugares remotos podrían adoptar más fácilmente la impresión 3D.
Sleeper añadió: “Estamos buscando lugares donde la maquinaria y las piezas no estén fácilmente disponibles; como en el espacio, en la luna o en Medio Oriente en una base militar estadounidense. Puedes traer contigo algunos materiales livianos y hacer lo que necesites en el acto”.
Leguizamón, quien creció en Wagener, Carolina del Sur, está considerando aplicaciones que también pueden ser útiles a nivel regional.
Añadió: “Tengo caballos. Crecí en una zona rural, mi papá era herrador, así que estoy pensando en formas de hacer herraduras para caballos de carreras. Tienen que ser resistentes a los impactos, pero al cambiar las propiedades del material, la tensión se puede distribuir mejor y el impacto se produce en el lugar correcto del casco. Se podría considerar como plantillas para caballos”.
Las opciones son ilimitadas.
“Creo que lo que me atrajo de la química en primer lugar es el potencial de hacer algo que nunca antes había existido. Lo divertido de la impresión 3D es que aplicas ese conocimiento químico a algo que tiene un resultado muy concreto. Algo que puedas ver y tener en tus manos”, concluyó Appelhans.
Fuente: https://www.sandia.gov/
