Hacer que la impresión 3D sea verdaderamente 3D

No se deje engañar por el nombre. Si bien las impresoras 3D imprimen objetos tangibles (y bastante bien), la forma en que hacen el trabajo en realidad no sucede en 3D, sino en 2D normal y corriente.

Trabajando para cambiar eso está un grupo de investigadores anteriores y actuales del Instituto Rowland de Harvard.

Primero, así es como funciona la impresión 3D: las impresoras colocan capas planas de resina, que se endurecen en plástico después de exponerse a la luz láser, una encima de la otra, una y otra vez de abajo hacia arriba. Eventualmente, el objeto, como un cráneo, toma forma. Pero si una parte de la impresión sobresale, como un puente o el ala de un avión, se requiere algún tipo de estructura de soporte plana para imprimir, o la resina se deshará.

Los investigadores presentan un método para ayudar a las impresoras a estar a la altura de sus nombres y ofrecer una forma de impresión 3D «verdadera». En un nuevo artículo en Naturaleza, describen una técnica de impresión 3D volumétrica que va más allá del enfoque ascendente y en capas. El proceso elimina la necesidad de estructuras de soporte porque la resina que crea es autoportante.

«Lo que nos preguntábamos es, ¿podríamos realmente imprimir volúmenes completos sin necesidad de realizar todos estos pasos complicados?» dijo Daniel N. Congreve, profesor asistente en Stanford y ex miembro del Instituto Rowland, donde se llevó a cabo la mayor parte de la investigación. «Nuestro objetivo era usar simplemente un láser que se movía para crear patrones en tres dimensiones y no estar limitados por este tipo de cosas capa por capa».

El componente clave en su diseño novedoso es convertir la luz roja en luz azul al agregar lo que se conoce como un proceso de conversión ascendente a la resina, el líquido reactivo a la luz que se usa en las impresoras 3D que se endurece en plástico.

En la impresión 3D, la resina se endurece en una línea plana y recta a lo largo del camino de la luz. Aquí, los investigadores usan nanocápsulas para agregar productos químicos para que solo reaccione a cierto tipo de luz: una luz azul en el punto focal del láser que se crea mediante el proceso de conversión ascendente. Este rayo se escanea en tres dimensiones, por lo que se imprime de esa manera sin necesidad de superponerse a algo. La resina resultante tiene una mayor viscosidad que en el método tradicional, por lo que puede permanecer sin soporte una vez impresa.

«Diseñamos la resina, diseñamos el sistema para que la luz roja no haga nada», dijo Congreve. «Pero ese pequeño punto de luz azul desencadena una reacción química que hace que la resina se endurezca y se convierta en plástico. Básicamente, lo que eso significa es que tienes este láser pasando por todo el sistema y solo en ese pequeño azul obtienes la polimerización. , [only there] ¿Obtienes la impresión? Simplemente escaneamos ese punto azul en tres dimensiones y en cualquier lugar que ese punto azul golpee, se polimeriza y obtienes tu impresión 3D».

Los investigadores usaron su impresora para producir un logotipo 3D de Harvard, un logotipo de Stanford y un bote pequeño, una prueba estándar pero difícil para las impresoras 3D debido al tamaño pequeño del bote y los detalles finos como los ojos de buey que sobresalen y los espacios abiertos de la cabina.

Los investigadores, que incluyeron a Christopher Stokes del Instituto Rowland, planean continuar desarrollando el sistema para lograr velocidad y refinarlo para imprimir detalles aún más finos. El potencial de la impresión 3D volumétrica se considera un cambio de juego, ya que eliminará la necesidad de estructuras de soporte complejas y acelerará drásticamente el proceso cuando alcance su máximo potencial. Piense en el «replicador» de «Star Trek» que materializa todos los objetos a la vez.

Pero en este momento, los investigadores saben que tienen mucho camino por recorrer.

«Realmente estamos empezando a arañar la superficie de lo que podría hacer esta nueva técnica», dijo Congreve.