Desarrollan impresión 3D que no requiere que un objeto se imprima de abajo hacia arriba

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Ingenieros de Stanford y Harvard han sentado las bases para un nuevo sistema de impresión 3D que no requiere que un objeto se imprima de abajo hacia arriba.

Si bien las técnicas de impresión 3D han avanzado significativamente en la última década, la tecnología continúa enfrentándose a una limitación fundamental: los objetos deben construirse capa por capa.

Pero, ¿y si no tuvieran que serlo?

Dan Congreve, profesor asistente de ingeniería eléctrica en Stanford y ex miembro de Rowland en el Instituto Rowland de la Universidad de Harvard, y sus colegas han desarrollado una forma de imprimir objetos 3D dentro de un volumen estacionario de resina.

El objeto impreso está completamente soportado por la resina gruesa (imagine una figura de acción flotando en el centro de un bloque de gelatina), por lo que se puede agregar desde cualquier ángulo.

Esto elimina la necesidad de las estructuras de soporte que normalmente se requieren para crear diseños complejos con métodos de impresión más estándar.

El nuevo sistema de impresión 3D podría facilitar la impresión de diseños cada vez más complejos y ahorrar tiempo y material.

“La capacidad de hacer esta impresión volumétrica le permite imprimir objetos que antes eran muy difíciles”, dijo Congreve.

“Es una oportunidad muy emocionante para el futuro de la impresión tridimensional”.

A primera vista, la técnica parece relativamente sencilla: los investigadores enfocaron un láser a través de una lente y lo iluminaron en una resina gelatinosa que se endurece cuando se expone a la luz azul.

Pero Congreve y sus colegas no podían simplemente usar un láser azul: la resina se curaría a lo largo de toda la longitud del rayo.

En su lugar, utilizaron una luz roja y algunos nanomateriales ingeniosamente diseñados esparcidos por toda la resina para crear una luz azul solo en el punto focal preciso del láser.

Al mover el láser alrededor del contenedor de resina, pudieron crear impresiones detalladas y sin soporte.

El laboratorio de Congreve se especializa en convertir una longitud de onda de luz a otra utilizando un método llamado conversión ascendente de fusión triplete.

Con las moléculas adecuadas muy cerca unas de otras, los investigadores pueden crear una cadena de transferencias de energía que, por ejemplo, convierta fotones rojos de baja energía en fotones azules de alta energía.

“Me interesé en esta técnica de conversión ascendente en la escuela de posgrado”, dijo Congreve.

“Tiene todo tipo de aplicaciones interesantes en solar, bio y ahora esta impresión 3D.

Nuestra verdadera especialidad está en los nanomateriales en sí mismos: diseñarlos para que emitan la longitud de onda de luz correcta, para que la emitan de manera eficiente y para que se dispersen en resina”.

A través de una serie de pasos (que incluyeron enviar algunos de sus materiales para darles un giro en una licuadora Vitamix), Congreve y sus colegas pudieron formar las moléculas de conversión ascendente necesarias en distintas gotas a nanoescala y recubrirlas con una capa protectora de sílice.

Luego distribuyeron las nanocápsulas resultantes, cada una de las cuales es 1000 veces más pequeña que el ancho de un cabello humano, por toda la resina.

“Descubrir cómo hacer que las nanocápsulas sean robustas no fue trivial: una resina de impresión 3D es bastante dura”, dijo Tracy Schloemer, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Congreve y una de las autoras principales del artículo.

“Y si esas nanocápsulas comienzan a desmoronarse, su capacidad de conversión ascendente desaparece.

Todos tus contenidos se derraman y no puedes obtener esas colisiones moleculares que necesitas”.

Los investigadores están trabajando actualmente en formas de refinar su técnica de impresión 3D.

Están investigando la posibilidad de imprimir varios puntos al mismo tiempo, lo que aceleraría considerablemente el proceso, además de imprimir a mayor resolución y menor escala.

Congreve también está explorando otras oportunidades para poner en uso las nanocápsulas de conversión ascendente.

Es posible que puedan ayudar a mejorar la eficiencia de los paneles solares, por ejemplo, convirtiendo la luz de baja energía inutilizable en longitudes de onda que las células solares pueden recolectar.

O podrían usarse para ayudar a los investigadores a estudiar con mayor precisión modelos biológicos que pueden activarse con luz o incluso, en el futuro, administrar tratamientos localizados.

“Podría penetrar el tejido con luz infrarroja y luego convertir esa luz infrarroja en luz de alta energía con esta técnica de conversión ascendente para, por ejemplo, impulsar una reacción química”, dijo Congreve.

“Nuestra capacidad para controlar materiales a nanoescala nos brinda muchas oportunidades realmente geniales para resolver problemas desafiantes que de otro modo serían difíciles de abordar”.

Fuente: Stanford