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Junio de 2017

Impresión 3D: materiales inteligentes que allanan el camino hacia la cuarta dimensión

La impresión 3D ya se está utilizando en laboratorios para fabricar materiales auto-reparables y objetos que pueden cambiar su forma en respuesta a factores ambientales.

La combinación de materiales inteligentes e impresión 3D permite a los investigadores considerar opciones completamente nuevas en una amplia gama de industrias. La impresión 3D ya se está utilizando en laboratorios para fabricar materiales auto-reparables y objetos que pueden cambiar su forma en respuesta a factores ambientales específicos. Y los nuevos procesos de impresión inteligentes están incluso haciendo posible reemplazar los métodos manuales anteriores de producir componentes hechos de materiales compuestos tradicionales como plásticos reforzados con fibra de carbono.

Las impresoras 4-D producen "transformadores" - robots autoensambladores
Las aplicaciones potenciales para la fabricación aditiva en combinación con materiales inteligentes son muy diversas. Investigadores del Laboratorio de Autoensamblaje del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, Massachusetts Institute of Technology) creen que se podrán fabricar tuberías de agua "auto-plegables", tuberías que se expanden o se contraen en respuesta a la presión del agua. Y todo esto sin el uso de sensores, actuadores, software o microprocesadores, basados simplemente en el diseño de las propiedades físicas del material.

Las oportunidades son aún más increíbles en el campo de la robótica, donde los investigadores están estudiando la posibilidad de máquinas de autoensamblaje. Esto sería de un valor incalculable para la producción de robots de rescate o de investigación que, en forma "plegada", podrían ser llevados a lugares inaccesibles donde entonces se "desplegarían" automáticamente para asumir toda la funcionalidad.

Estas visiones son posibles gracias a un nuevo proceso, la impresión en 4D, un método que puede ser utilizado para producir objetos autoformables usando una impresora 3D. Los investigadores de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, por ejemplo, usaron el proceso recientemente para imprimir una flor que se despliega automáticamente después de hacer contacto con el agua. Esto tuvo éxito utilizando un hidrogel en el que se mezclaron fibras de celulosa, pequeñas partículas de arcilla y monómeros de plástico. Pero el contacto con el agua no es el único disparador que permite que los materiales 4-D cambien su forma: El calor, el movimiento y cualquier otro tipo de energía también pueden activar materiales que tengan el diseño correspondiente.

Usar ultrasonidos para producir materiales autoadhesivos y compuestos de fibra de carbono que utilizan impresoras 3D
Igualmente interesante es el caso de los materiales de auto-reparación (por ejemplo, plásticos) que pueden repararse a sí mismos. Una manera de lograr este efecto es mezclar nanotubos pequeños llenos de polímero sin endurecer en el plástico. Si el plástico se daña y los tubos se abren, los polímeros líquidos se liberan y pueden "reparar" el material. Un procedimiento especial desarrollado por investigadores de la Universidad de Bristol utiliza la impresión 3D convencional en combinación con ondas ultrasónicas para llevar los nanotubos a la posición correcta. Estas ondas se utilizan para crear campos de fuerza modelados en el plástico líquido dentro de los nanotubos. Y esto no sólo afecta a los nanotubos - el mismo procedimiento también se puede realizar sobre las fibras de carbono. El mismo procedimiento de impresión 3D también puede utilizarse para producir materiales compuestos tradicionales como los plásticos reforzados con fibra de carbono, que anteriormente sólo se podían producir manualmente, lo que supone un gran avance. E incluso si este proceso está aún lejos de estar listo para el mercado: las perspectivas de tiempo y la producción optimizada de costos de materiales compuestos de alta tecnología a través de la impresión tridimensional son extremadamente atractivas.


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