Un equipo de investigadores desarrolla una revolucionaria solución para corregir las vulnerabilidades estructurales asociadas a la impresión 3D

La Universidad Johns Hopkins ha anunciado en un comunicado que un grupo de ingenieros civiles y de sistemas ha logrado convertir uno de los problemas asociados tradicionalmente a las impresoras 3D en una característica multifuncional mediante el desarrollo de una nueva técnica de impresión conocida como impresión 3D basada en interfases vóxeles (VI3DP) que soluciona la debilidad fundamental entre las capas. Este trabajo, que ya ha sido publicado en la revista Advanced Materials, podría jugar un papel esencial a la hora de personalizar el comportamiento de los objetos impresos en 3D.

«Uno de los problemas habituales de la impresión 3D son las vulnerabilidades generadas por las interfases», explica Jochen Mueller, profesor adjunto del Departamento de Ingeniería Civil y de Sistemas de la Escuela Whiting de Ingeniería. «El material impreso se adhiere en exceso o de forma insuficiente, lo que provoca debilidades estructurales. Es un fenómeno muy parecido a lo que sucede cuando los espaguetis se pegan después de la cocción, pero luego se separan con facilidad. Este problema genera defectos que limitan la funcionalidad de los productos impresos en 3D».

Para prevenir la aparición de este tipo de defectos, el equipo ha desarrollado una nueva técnica de impresión que permite controlar con precisión las interfases que separan los vóxeles (el equivalente tridimensional de los píxeles) y su funcionamiento, incluidas propiedades como la adherencia.

El sistema VI3DP utiliza un cabezal de impresión equipado con una boquilla estándar rodeada por cuatro boquillas adicionales. Mientras la boquilla estándar realiza la deposición, estas boquillas adicionales añaden una fina película de un material diferente en la parte superior. Esta característica permite controlar y personalizar las interfases que separan cada línea impresa en 3D tanto si se usa un material o varios, y también elimina la necesidad de usar varios cabezales de impresión y de incluir huecos o características superfluas en los objetos.

Además de permitir crear impresiones más resistentes, este sistema también abre un nuevo abanico de posibilidades en términos de aplicaciones. En el estudio, el equipo demuestra que es posible integrar propiedades ópticas, mecánicas y eléctricas en las interfases en una sola impresión sin incrementar el peso, el tiempo ni el coste.

«Hoy en día ya es posible añadir propiedades mecánicas, ópticas o eléctricas mediante algunos procesos de impresión 3D como la extrusión y el chorro de material, pero normalmente estas técnicas solo permiten añadir las propiedades como vóxeles enteros, no envolverlos en forma de interfases finas. Esta limitación reduce considerablemente el rendimiento y la resolución. Nuestro sistema permite incorporar estas propiedades a una fracción del tamaño del vóxel, lo que amplía la gama y el tipo de aplicaciones de los materiales blandos», asegura el doctorando Daniel Ames.

«Las interfases juegan un papel determinante por el potencial que ofrecen», afirma Mueller, el autor de correspondencia del estudio. «El sistema VI3DP puede producir interfases más delgadas, nuevas combinaciones de materiales y funciones integradas, desde circuitos 3D complejos y dispositivos electromecánicos a estructuras compuestas con datos incorporados y mecanismos de impresión in situ que requieren de un ajuste preciso».

El equipo tiene previsto llevar a cabo más estudios para analizar estas posibles mejoras. «El VI3DP constituye una sólida base que permitirá realizar nuevos avances en el ámbito de la fabricación. En el futuro, seremos capaces de imprimir estructuras complejas que antes parecían impensables», afirma Ames.

Entre los colaboradores del estudio se encuentran Sarah Propst, doctoranda de la Universidad Johns Hopkins, y Aadarsh Shah, un profesor visitante que desarrolla su labor en un instituto de secundaria.