Redacción

Al permitir que los usuarios puedan crear objetos desde simples juguetes hasta piezas de prótesis personalizadas, los plásticos se han convertido en un material de impresión 3D muy popular. Pero estas piezas impresas son mecánicamente débiles, un defecto causado por la unión imperfecta entre las capas individuales impresas que componen la pieza 3D.

Unos investigadores de la Universidad de Texas A&M, en colaboración con científicos de la empresa Essentium, Inc., han desarrollado la tecnología necesaria para superar este “punto débil” de la impresión 3D. Al integrar la ciencia del plasma y la tecnología de nanotubos de carbono en la impresión 3D estándar, los investigadores soldaron las capas impresas adyacentes de manera más eficaz, aumentando la fiabilidad general de la pieza final.

“Encontrar una forma de remediar la inadecuada unión entre las capas impresas ha sido una búsqueda constante en el campo de la impresión 3D”, dijo Micah Green, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Química Artie McFerrin. “Ahora hemos desarrollado una sofisticada tecnología que puede reforzar la soldadura entre estas capas mientras se imprime la pieza 3D”. El trabajo se ha publicado en la revista Nano Letters.

Los plásticos se utilizan comúnmente para la impresión 3D por extrusión, lo que se conoce técnicamente como modelado por deposición fundida. En esta técnica, el plástico fundido sale de una boquilla que imprime las piezas capa por capa. A medida que las capas impresas se enfrían, se fusionan entre sí para crear la pieza 3D final.

Sin embargo, los estudios muestran que estas capas se unen de forma imperfecta; las piezas impresas son más débiles que las piezas idénticas hechas por moldeado por inyección, donde los plásticos fundidos simplemente asumen la forma de un molde preestablecido al enfriarse. Para unir estas interfaces más a fondo, se requiere un calentamiento adicional, pero calentar las piezas impresas usando algo parecido a un horno tiene un gran inconveniente.

(Foto: Essentium)

“Si pones algo en un horno, va a calentarlo todo, por lo que una pieza impresa en 3D puede deformarse y derretirse, perdiendo su forma”, dijo Green. “Lo que realmente necesitábamos era una forma de calentar solo las interfaces entre las capas impresas y no la pieza entera”.

Para promover la unión entre las capas, el equipo recurrió a los nanotubos de carbono. Como estas partículas de carbono se calientan en respuesta a las corrientes eléctricas, los investigadores recubrieron la superficie de cada capa impresa con estos nanomateriales. De manera similar al efecto de calentamiento de las microondas en los alimentos, el equipo descubrió que estos revestimientos de nanotubos de carbono pueden calentarse mediante corrientes eléctricas, permitiendo que las capas impresas se unan entre sí.

Para aplicar la electricidad a medida que el objeto se imprime, las corrientes deben superar un pequeño espacio de aire entre el cabezal de impresión y la pieza 3D. Una opción para salvar este espacio de aire es usar electrodos metálicos que toquen directamente la parte impresa, pero Green dijo que este contacto puede introducir un daño inadvertido en la pieza.

El equipo colaboró con David Staack, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Mecánica, para generar un haz de partículas de aire cargadas, o plasma, que podría llevar una carga eléctrica a la superficie de la pieza impresa. Esta técnica permitió que las corrientes eléctricas pasaran a través de la pieza impresa, calentando los nanotubos y soldando las capas entre sí.

Con la tecnología de plasma y el material termoplástico recubierto de nanotubos de carbono en su lugar, los investigadores de Texas A&M y Essentium añadieron ambos componentes a impresoras 3D convencionales. Cuando los investigadores probaron la resistencia de las piezas impresas en 3D utilizando su nueva tecnología, descubrieron esta era comparable a la de las piezas moldeadas por inyección.

“El santo grial de la impresión 3D ha sido conseguir que la resistencia de la pieza impresa en 3D coincida con la de una pieza moldeada”, dijo Green. “En este estudio, hemos utilizado con éxito el calentamiento localizado para reforzar las piezas impresas en 3D de modo que sus propiedades mecánicas ahora rivalizan con las de las piezas moldeadas. Con nuestra tecnología, los usuarios pueden ahora imprimir una pieza personalizada, como una prótesis hecha a medida, y esta pieza tratada con calor será mucho más fuerte que antes”.

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