Un equipo multidisciplinar de la Universidad de Missouri, en EE.UU., ha construido una máquina que combina elementos de la manufactura aditiva con tecnología láser para desarrollar productos multimateriales y multifuncionales. La investigación se ha publicado en la revista Nature Communications y revela un novedoso proceso de manufactura aditiva láser que podría revolucionar la fabricación de productos como sensores, placas de circuitos e incluso textiles con elementos electrónicos, es decir, tecnología wearable.
La impresión 3D multimaterial es posible con tecnologías como SLA, FDM e inyección de material. ¿Entonces, en qué es diferente esta tecnología? Pues bien, la diferencia es que utiliza un láser para solidificar materiales plásticos, metales y semiconductores, en un único proceso de fabricación. Al método se le ha llamado Freeform Multi-material Assembly Process (FMAP), algo así como proceso de ensamblaje multimaterial de forma libre. Los investigadores afirman que con este proceso las piezas no necesitan de un postratamiento y que los resultados abren camino para nuevos productos.
Ejemplo de aplicación: electrodos impresos en el interior de un material plástico.
Como primer paso, los científicos desarrollaron un proceso de inducción láser de forma libre (FLI), que utiliza la versatilidad de un láser de 5 ejes para fabricar diversos materiales en superficies de forma libre. En seguida, construyeron una máquina compuesta de tres boquillas diferentes: una añade material similar a la tinta, otra utiliza un láser para tallar formas y materiales, y la tercera añade materiales funcionales para mejorar las capacidades del producto. En concreto, el avance que han hecho es la incorporación de componentes más pequeños dentro de estructuras 3D más grandes.
Para el desarrollo de la nueva técnica, los investigadores se han inspirado en sistemas que se encuentran en la naturaleza. Bujingda Zheng, autor principal del artículo científico explica: «Todo en la naturaleza está formado por materiales estructurales y funcionales. Por ejemplo, las anguilas eléctricas tienen huesos y músculos que les permiten moverse. También tienen células especializadas que pueden descargar hasta 500 voltios para disuadir a los depredadores. Estas observaciones biológicas han sido inspiración en el desarrollo de nuevos métodos para fabricar estructuras 3D con aplicaciones multifuncionales, pero otros métodos emergentes tienen limitaciones.»
El estudiante doctoral Zheng, del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, utilizando el nuevo proceso de manufactura aditiva con láser.
Durante la fase de experimentación los investigadores encontraron una amplia variedad de aplicaciones. En su publicación resaltan los siguientes experimentos: metales y semiconductores dentro de estructuras 3D para aplicaciones en circuitos de barras cruzadas para pantallas LED; un sensor de tensión para resortes multifuncionales y manipuladores hápticos; un sensor UV; un electroimán 3D como codificador magnético; sensores capacitivos para interfaces hombre-máquina; y un reactor microfluídico. Todos estos ejemplos mostraron el potencial de su técnica, la cual puede ser aprovechada por el campo científico y el público en general. El proceso FMAP, es capaz de imprimir sensores en una estructura, por lo que se pueden crear objetos que perciban las condiciones ambientales, como la temperatura y la presión. De esta manera, se podrían desarrollar dispositivos portátiles para el control de la presión sanguínea u otro tipo de dispositivos en el sector sanitario.
Por último, la investigación fue financiada por el programa de Fabricación avanzada de la National Science Foundation (NSF) y el programa NSF I-CorpsTM aporta fondos para explorar su comercialización. Jian «Javen» Lin, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad de Missouri, resalta: «Este avance abre la posibilidad de mercados completamente nuevos. Tendrá amplias repercusiones en sensores vestibles, robots personalizables, dispositivos médicos y mucho más».
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*Créditos de todas las imágenes: Sam O’Keefe & University of Missouri
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