Adiós a la impresión 3D por capas: la nueva impresora que sinteriza modelos completos utilizando rayos de luz

Según los investigadores, la tecnología tiene el potencial de transformar la forma en que se diseñan y fabrican los productos, desde prótesis a lentes. «Creo que esta es una ruta para poder personalizar aún más los objetos en masa, ya sean prótesis o zapatillas», afirma el profesor asistente de Ingeniería Mecánica en la Universidad de California, Berkeley, Estados Unidos, Hayden Taylor , autor principal de un artículo sobre la impresora que ha publicado esta semana en la revista « Science ».

«El hecho de que pueda tomar un componente metálico o algo de otro proceso de fabricación y agregar geometría personalizable, creo que eso puede cambiar la forma en que se diseñan los productos», afirma Taylor.

La mayoría de las impresoras 3D , incluidas otras técnicas basadas en la luz, construyen objetos 3D capa por capa , lo que lleva a un efecto de «escalón» a lo largo de los bordes. También tienen dificultades para crear objetos flexibles porque los materiales flexibles pueden deformarse durante el proceso de impresión y se requieren soportes para imprimir objetos de ciertas formas, como arcos, según los científicos.

La nueva impresora se basa en un líquido viscoso que reacciona para formar un sólido cuando se expone a un cierto umbral de luz . Proyectar patrones de luz cuidadosamente diseñados --esencialmente «películas»-- sobre un cilindro giratorio de líquido, lo solidifica en la forma deseada «todo a la vez».

Taylor y el equipo utilizaron la impresora para crear una serie de objetos, desde un pequeño modelo de la estatua de «El pensador» de Rodin hasta un modelo de mandíbula personalizado. Actualmente, pueden hacer objetos de hasta cuatro pulgadas de diámetro.

«Este es el primer caso en el que no necesitamos crear partes 3D personalizadas capa por capa», subraya el coautor del artículo Brett Kelly. « Hace que la impresión 3D sea realmente tridimensional », agrega.

La nueva impresora se inspiró en las tomografías computarizadas (TC) que pueden ayudar a los médicos a localizar tumores y fracturas dentro del cuerpo. Las tomografías computarizadas proyectan rayos X u otros tipos de radiación electromagnética en el cuerpo desde todos los ángulos diferentes. El análisis de los patrones de energía transmitida revela la geometría del objeto.

Además de modelar la luz, el otro desafío importante al que se enfrentaron los investigadores fue cómo formular un material que permanezca líquido cuando se expone a un poco de luz , pero reacciona para formar un sólido cuando se expone a mucha luz.

La resina de impresión 3D está compuesta de polímeros líquidos mezclados con moléculas fotosensibles y oxígeno disuelto . La luz activa el compuesto fotosensible que agota el oxígeno. Solo en aquellas regiones 3D donde se ha consumido todo el oxígeno, los polímeros forman los «enlaces cruzados» que transforman la resina de un líquido a un sólido. La resina no utilizada se puede reciclar calentándola en una atmósfera de oxígeno, apunta Taylor.

«Nuestra técnica no genera casi ningún material. El material no tratado es 100 por ciento reutilizable », destaca Hossein Heidari, coautor del trabajo. «Esta es otra ventaja que viene con la impresión 3D sin soporte», añade. Los objetos tampoco tienen que ser transparentes. Los investigadores imprimieron objetos que parecen opacos usando un tinte que transmite luz en la longitud de onda de tratamiento, pero que absorbe la mayoría de las otras longitudes de onda.