Acelerar la impresión 3D

Las impresoras 3D pueden fabricar objetos que son imposibles o costosos de fabricar con moldeado, fresado y otros procesos de fabricación convencionales. Sin embargo, estas impresoras funcionan con demasiada lentitud para ser ampliamente utilizadas en las fábricas.

1. Un técnico vierte precursores de polímeros viscosos en el pozo de la impresora. La ventana en la parte inferior deja pasar la luz de un proyector de luz ultravioleta subyacente y es permeable al oxígeno.

Esto se debe a que la versión actual de la tecnología construye objetos capa por capa. Es esencialmente una impresión 2D una y otra vez, dice el ingeniero químico Joseph DeSimone, fundador y director ejecutivo de Carbon 3D, una empresa nueva en Redwood City, California. Su empresa afirma tener una tecnología que es de 25 a 100 veces más rápida, según el objeto y el material.

Esta historia fue parte de nuestra edición de julio de 2015

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DeSimone espera que las impresoras de Carbon 3D se utilicen para fabricar piezas de aviones o automóviles que sean más fuertes y, al mismo tiempo, más livianas que las que se usan en la actualidad, lo que ayudará a reducir el consumo de combustible. También quiere que sea posible imprimir rápidamente suelas de zapatos personalizadas, ajustadas a las peculiaridades de los arcos individuales, y colocar impresoras en los quirófanos para generar stents que se ajusten a las arterias de los pacientes.

2-4. Fotograma a fotograma, la luz ultravioleta proyecta el diseño en el baño químico. Parte de la luz es visible como un resplandor violeta.

5-6. A medida que los precursores químicos expuestos se endurecen, un brazo mecánico saca el objeto en crecimiento del baño. Una fina capa de oxígeno en el fondo del baño evita que se peguen los patrones de endurecimiento.

7. Un técnico retira el objeto completo, que tardó 17 minutos en imprimirse. La compañía dice que esta estructura se puede hacer en siete minutos cuando el proceso no se ralentiza para las fotografías.

8. Este es un modelo ampliado de la estructura del hueso. Un patrón como este no se puede hacer usando un molde, y sería muy complicado hacerlo fresando material de un bloque de polímero sólido.

Una maqueta de la Torre Eiffel hecha con resina.

9. Un patrón de puntales dentro de este cilindro de resina dura impreso en 3D agrega fuerza adicional sin agregar mucho peso. Este tipo de diseño podría usarse para reemplazar las estructuras de soporte de metal en los asientos de los aviones, según la compañía.

10–11 Las impresoras también pueden construir objetos a partir de elastómeros flexibles y que rebotan, que podrían ser muy adecuados para artículos portátiles como suelas de zapatos y auriculares. Los elastómeros son incompatibles con la fabricación aditiva tradicional, dice DeSimone.

El proceso de Carbon 3D es una variación de un método llamado estereolitografía, que utiliza patrones proyectados de luz ultravioleta para catalizar la formación de polímeros sólidos a partir de una piscina de resina. La estereolitografía suele ser un proceso de parada y arranque: el objeto que se imprime se pega al fondo del recipiente en el que se encuentra y debe retirarse después de cada destello de luz. Repetir este proceso con cada capa es lento y deja el objeto terminado mecánicamente débil donde cada capa se conecta con otra.

En la versión de Carbon 3D, la piscina de resina líquida se encuentra en un recipiente con una ventana en la parte inferior. La ventana es permeable como una lente de contacto, por lo que no solo deja pasar la luz sino también el oxígeno, lo que inhibe la reacción química lo suficiente como para evitar que el polímero se solidifique en el fondo. Eso permite que Carbon 3D imprima continuamente una capa encima de la siguiente, lo que hace que el proceso sea mucho más rápido y que los materiales resultantes sean más fuertes, dice DeSimone. Parece algo que crece en un charco, dice.

Otros investigadores han demostrado sistemas de impresión que incorporan algunas de las técnicas utilizadas en las máquinas de Carbon 3D, y algunos de estos métodos pueden imprimir funciones con resoluciones más altas que el proceso de la empresa. DeSimone, quien fundó Carbon 3D en 2013 y está de licencia de la Universidad de Carolina del Norte para trabajar en la empresa, tiene $51 millones en fondos para seguir desarrollando las impresoras y los materiales poliméricos que serán sus primeros productos. Este mes de marzo, la compañía salió del modo sigiloso con un Ciencias artículo que describe su tecnología y un video cautivador de un pequeño modelo azul de la Torre Eiffel emergiendo rápidamente de una pequeña piscina viscosa.

DeSimone dice que, si bien la mayoría de los sistemas de impresión 3D comerciales han sido diseñados por ingenieros mecánicos, su enfoque en la química distingue a Carbon 3D. Queremos ofrecer materiales con propiedades que no se hayan visto antes, dice.

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