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Revolucionan la impresión 3D con luz

Arturo Barba 1/Feb/19 08:17
Revolucionan la impresión 3D con luz
La nueva tecnología de impresión 3D, que fue dado a conocer esta semana en la revista Science, hace aparecer los objetos aparentemente de la nada, similar al replicador de la serie Star Trek, utilizando un proyector convencional controlado por computadora.

De la tinta de Arturo Barba

Un nuevo tipo de impresión en 3D que funciona con un patrón de luz y que en menos de dos minutos produce un objeto entero, fue desarrollado por investigadores de la Universidad de California en Berkeley y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de Estados Unidos. Con este nuevo método es posible imprimir objetos en un material polimérico fotosensible a partir de una simple proyección del objeto.

La nueva tecnología de impresión 3D, que fue dado a conocer esta semana en la revista Science, hace aparecer los objetos aparentemente de la nada, similar al replicador de la serie Star Trek, utilizando un proyector convencional controlado por computadora.

Los investigadores, encabezados por Brett Kelly, usaron un proyector de luz digital para exhibir una serie de imágenes 2D a través de un frasco transparente giratorio que contiene un gel fotosensible. A medida que gira, los fotones de luz que entran desde diferentes ángulos se encuentran en los puntos seleccionados del gel. La energía combinada en los lugares donde se cruzan y encuentran las imágenes de luz, solidifica el gel y donde no se une la luz el material fotosensible queda inalterable.

La nueva técnica llamada “litografía axial computarizada de fotopolimerización” es más rápida y eficiente. Imagen tomada de Science.

“La energía luminosa se genera con un conjunto de imágenes bidimensionales. Cada proyección de imagen se propaga a través del material desde un ángulo diferente”, señala el artículo científico. “La superposición de las imágenes desde múltiples ángulos da como resultado una dosis de energía tridimensional suficiente para solidificar el material en la geometría deseada”.

En la mayoría de las tecnologías actuales de impresión 3D los objetos se construyen al solidificar geles, plásticos o polvos con matrices de láminas construidas capa por capa, que demora varios minutos o incluso horas, para construir una estructura completa.

Con el nuevo avance se crean rápidamente objetos completamente formados sin necesidad de capas, en menos de dos minutos. Asimismo, con esta nueva tecnología se pueden imprimir nuevos objetos sobre otros preexistentes, con materiales flexibles y a diversas escalas, que van desde un tercio de milímetro hasta de varios centímetros.

Los investigadores llaman a su nueva tecnología como “litografía axial computarizada de fotopolimerización” que básicamente expone material fotosensible a un patrón de luz. Esta nueva técnica puede ser particularmente útil para producir piezas de uso final complejas de múltiples materiales para dispositivos biomédicos como prótesis, piezas aeroespaciales y herramientas.

Esta técnica es capaz de fabricar simultáneamente todos los puntos dentro de una geometría tridimensional específica. Permite diferentes formas complejas y puede incluir una amplia gama de materiales.

En el artículo científico, los investigadores reportan la impresión de varios objetos entre ellos una versión diminuta de la famosa escultura “El pensador” de Auguste Rodin. “Nuestro proceso nos permite construir componentes que encierran otros objetos sólidos preexistentes, lo que permite la fabricación de materiales múltiples”, afirman los científicos. “Desarrollamos modelos para describir la velocidad y las capacidades de resolución espacial. También demostramos tiempos de impresión de 30 a 120 segundos para diversos objetos de escala centimétrica”.

Otra ventaja de este método es que no requiere la estratificación de materiales, es decir, no requiere capas que limitan el rendimiento, degradan la calidad de la superficie, restringen las capacidades geométricas y tienen un rendimiento mecánico irregular.

El material que utilizan es polímero de acrilato, un fluido de alta viscosidad, pero también se pueden usar otros materiales, incluso con sólidos. De hecho, los investigadores produjeron estructuras blandas con superficies excepcionalmente suaves con un hidrogel de metacrilato de gelatina, algo imposible de lograr con las impresoras convencionales.

Los investigadores se inspiraron en procedimientos biomédicos como el de reconstrucción de imágenes que se usan en una tomografía computarizada, una técnica que se usa ampliamente para obtener imágenes médicas y en pruebas no destructivas. Aplicaron los mismos conceptos básicos de la tomografía a la impresión 3D.

También utilizaron el método de administración de dosis de radioterapia de intensidad modulada, utilizada para el tratamiento del cáncer. Con esta técnica se crea una exposición 3D dentro del cuerpo del paciente para atacar regiones tumorales con una dosis de radiación específica, mientras que se reduce la dosis en regiones sanas y órganos vitales.

En sus próximas investigaciones los científicos buscarán hacer su método más eficiente, por ejemplo, reducir el tiempo de iluminación con una mayor potencia del proyector; escalar su método a volúmenes de impresión más grandes; utilizar resinas de baja rugosidad superficial y el combinar materiales mediante la sobreimpresión.

Sin duda alguna, este nuevo desarrollo tecnológico revolucionará la impresión 3D que ya se ha convertido en un elemento fundamental en laboratorios y centros de investigación.

150 años de la Tabla periódica de los elementos

Hace siglo y medio, en 1869, el químico ruso Dmitri Mendeleev publicó basado en el peso atómico y la afinidad química de cada elemento, una clasificación de todos los elementos conocidos hasta ese momento que eran 63 de los 118 que se conocen actualmente.

Sin saberlo, su sistema se convertiría en la base de la “Tabla periódica de los elementos” ampliamente utilizada hasta el día de hoy y todo indica que se seguirá utilizando en los siglos venideros.

Esta contribución fundamental que sobrepasa el campo de la química ya que se construyó con la conjunción de los conocimientos en física y matemáticas, incluso de la biología, de ese tiempo “es la esencia de la ciencia en sí misma”, señala la revista Science. “Las mesas colgadas en aulas y laboratorios de todo el mundo sirven como pancartas o banderas y declaran a cualquiera que entre a la sala que estamos haciendo ciencia aquí”.

En conmemoración del logro de Mendeleev, las Naciones Unidas declararon este año como el Año Internacional de la Tabla Periódica.

Los cambios que ha sufrido la taba periódica en este tiempo reflejan los cambios fundamentales en nuestra comprensión de la materia y que constituye todo lo existente en el Universo desde el momento de su formación.

Comentarios y sugerencias:  @abanav  y  abanav@gmail.com