El vidrio es uno de los materiales más antiguos que existen en la Tierra. El ser humano ha trabajado con él desde hace más de 100 000 años. Se utilizaba para fabricar herramientas y armas y con el paso del tiempo, sus aplicaciones se han multiplicado. Si miramos a nuestro alrededor hoy en día, el vidrio está en todas partes y existe en muchas formas. También hay numerosas variantes que ofrecen diferentes propiedades y características. Pero si el vidrio está tan presente en nuestras vidas, ¿qué ocurre con la fabricación aditiva? ¿Se puede imprimir vidrio? La respuesta es sí, pero es un material complejo de utilizar. De hecho, trabajar con vidrio requiere temperaturas de fusión muy elevadas (alrededor de 1 000 °C) y un entorno térmico extremadamente controlado y preciso. A pesar de estas limitaciones, algunos actores han desarrollado impresoras 3D de vidrio, capaces de producir todo tipo de piezas. Aunque algunas ya están disponibles comercialmente, la mayoría siguen siendo proyectos de investigación. ¡Aquí te contamos más!
Las soluciones de impresión 3D de vidrio disponibles
La impresora Maple 4 de Maple Glass Printing
La Maple 4 es una impresora 3D de vidrio de escritorio que combina simplicidad con un rendimiento avanzado. A diferencia de la fabricación tradicional de vidrio, que requiere calor extremo y equipos especializados, este sistema hace que el proceso sea más accesible y eficiente. Compacta, con unas dimensiones de 736 x 600 x 985 mm y un peso aproximado de 100 kg, funciona con una toma de corriente estándar de 220–240 V, alcanzando temperaturas de boquilla cercanas a los 1000 °C. Cuenta con un volumen de construcción de 200 × 200 × 300 mm y puede manejar una alta tasa de flujo de impresión. También puede producir piezas de vidrio detalladas en menos de una hora. Sus características incluyen impresión con un solo clic, nivelación automática de la base y una cama de impresión magnética, lo que facilita su uso y garantiza resultados consistentes.
(Créditos de la foto: Maple Glass Printing)
Impresora 3D de vidrio de Nobula
La impresora 3D de vidrio de Nobula introduce la tecnología de Deposición Directa de Vidrio por Láser (DGLD, por sus siglas en inglés), una innovación que, según la empresa, “hace que imprimir vidrio sea tan sencillo como imprimir plástico”. La impresora puede alcanzar hasta 2200 °C mediante calentamiento láser sin contacto. Es de alta precisión y eficiente en consumo energético, además de eliminar la necesidad de postratamiento. El dispositivo mide aproximadamente 100 × 40 × 60 cm y pesa poco más de 50 kg. El sistema ofrece una resolución de 100–250 μm y admite rellenos desde 0 hasta 100 %. Con velocidades de impresión que van de 5 a 200 mm por minuto, los usuarios pueden producir estructuras autoportantes con gran detalle y alto rendimiento. El dispositivo está optimizado para vidrio de sílice y es compatible tanto con el software de corte de Nobula como con programas comerciales. Esta impresora 3D de vidrio de Nobula abre la puerta a componentes de vidrio complejos y de alta calidad para aplicaciones en investigación, diseño y fabricación avanzada.
Un jarrón y una estructura hueca impresos con la impresora 3D de vidrio de Nobula, utilizando el filamento de vidrio patentado de la empresa. (Créditos de la foto: Nobula).
La impresora 3D de vidrio del MIT
El instituto de investigación estadounidense MIT fue sin duda uno de los primeros en interesarse por el desarrollo de una impresora 3D de vidrio. Las primeras pruebas comenzaron en 2015. Un grupo de investigadores dirigidos por Neri Oxman presentó un proceso capaz de extruir capa por capa vidrio fundido. Unos años más tarde, la primera versión de su máquina evolucionó hasta convertirse en la G3DP2. Se trata de una solución de impresión capaz de depositar de manera continua 30 kilos de vidrio fundido, integrando un sistema de control térmico para garantizar la correcta formación del vidrio y su calidad. La máquina puede así diseñar piezas de vidrio transparente, sea cual sea la aplicación deseada. Actualmente, la G3DP2 no está disponible para la compra directa, pero la solución se utiliza todos los días en el estudio Evenline. De hecho, puedes encargar piezas de vidrio directamente en su sitio web.
Primera versión de la G3DP. (Créditos de la foto: MIT/Oxman).
La impresión 3D de vidrio de Glassomer
Glassomer es una empresa alemana especializada en la fabricación aditiva de vidrio. Actualmente no comercializa máquinas propiamente dichas, pero ofrece su experiencia para imprimir en 3D piezas de vidrio, específicamente prototipos, sin importar su forma. Por ejemplo, puede imprimir diferentes diseños de tu futura botella, así como objetos decorativos o joyas. Si Glassomer es capaz de ofrecer este tipo de servicios, es porque ha desarrollado un proceso para crear la materia prima. Se trata de un material compuesto, líquido para la impresión 3D, sólido para la inyección, basado en polvo de vidrio de sílice y un aglutinante orgánico. Este es el material que se utiliza en la fabricación aditiva y que permite obtener piezas de vidrio transparente.
Ejemplo de botella impresa en 3D. (Créditos de la foto: Glassomer).
Los proyectos de investigación
La fabricación aditiva de vidrio a baja temperatura
Una investigación que merece la pena resaltar es la del Lincoln Laboratoy del MIT sobre la fabricación aditiva de vidrio a baja temperatura. Su enfoque es algo innovador ya que el vidrio siempre se trabaja a muy altas temperaturas, sin embargo, no aplicaron ninguna técnica similar. Entonces, ¿cómo lo consiguieron? El proceso comienza a temperatura ambiente, mediante la escritura directa con tinta, se forma, capa por capa, el objeto. Luego, este se cura en un baño de aceite mineral calentado a solo 250 ºC, frente a los >1000 ºC que se necesitarían con procedimientos típicos. Cuando termina el tratamiento térmico, la pieza se enjuaga co un disolvente inorgánico para eliminar el mineral residual y listo. En cuanto al material compatible con este proceso, se trata de una tinta multimaterial, también desarrollada por el Lincoln Laboratory, compuesta por una solución de silicato y nanopartículas de otros inorgánicos. El estudio sigue, pero los resultados muestran que la técnica puede facilitar la impresión 3D de dispositivos de vidrio como sistemas microfluídicos, lentes ópticas y componentes electrónicos de alta temperatura.
Bowls de vidrio impresos mediante el proceso a baja temperatura. (Créditos de la foto: Lincoln Laboratory).
Impresión 3D de vidrio para microestructuras
Investigadores de la Universidad de California en Berkeley ha desarrollado una técnica para imprimir en 3D microestructuras de vidrio. La técnica se basa en un proceso desarrollado años atrás, la litografía axial computarizada (CAL), solo que ahora han logrado imprimir con detalles más finos, a micro escala y en vidrio. A este nuevo proceso le han llamado micro-CAL. El proceso no imprime capa por capa, sino que imprime todo el objeto simultáneamente. Se utiliza un láser para proyectar patrones de luz en un material de resina especial que contiene nanopartículas de vidrio rodeadas por un aglutinante sensible a la luz. La luz solidifica el aglutinante, luego el objeto se calienta para eliminar el aglutinante y fusionar las partículas en un objeto sólido de vidrio puro. ¿Por qué imprimir microestructuras en vidrio? Los investigadores apuntan a varias aplicaciones: componentes ópticos microscópicos, gafas de realidad virtual, microscopios avanzados y otros instrumentos científicos.
Un modelo de microtúbulo trifurcado impreso en 3D al lado de un mosquito. (Créditos de la foto: Adam Lau / Berkley Engineering).
Vidrio impreso en 3D mediante SLA por ETH Zurich
En 2019, investigadores de ETH Zurich se propusieron demostrar que era posible imprimir en 3D objetos de vidrio complejos, y lo lograron, solicitando posteriormente una patente. Utilizando estereolitografía con una resina que combinaba plástico y moléculas orgánicas unidas a precursores de vidrio, el equipo consiguió crear estructuras de vidrio intrincadas y altamente porosas. En concreto, emplearon procesamiento de luz digital (DLP), descubriendo que el tamaño de los poros de un objeto podía ajustarse modificando la intensidad de la luz. Una vez curada la resina, las piezas impresas se sometieron a un proceso de cocción en dos etapas. Primero a 600 °C para eliminar la estructura polimérica y luego a unos 1000 °C para densificar la cerámica y convertirla en vidrio. Aunque este proceso hacía que los objetos se redujeran considerablemente, el producto final resultaba transparente y duro, similar al vidrio de una ventana.
La pieza en bruto (izquierda) se cuece a 600 grados para eliminar la estructura plástica. El objeto se cuece nuevamente y se convierte en vidrio (derecha). (Créditos de la foto: Group for Complex Materials / ETH Zurich).
Impresión 3D de vidrio por deposición de la Universidad de Notre Dame
Otro enfoque innovador para la impresión 3D de vidrio fue desarrollado por investigadores de la Universidad de Notre Dame. Su método utiliza un láser de dióxido de carbono para calentar la superficie de una varilla de vidrio, que luego se funde sobre un sustrato de cuarzo fundido montado en una plataforma CNC de 4 ejes. La combinación de la interacción con el sustrato, la presión de la parte no calentada del filamento, la gravedad y la tensión superficial permite que el vidrio se forme de manera controlada.
Con esta técnica, el equipo logró crear tanto patrones bidimensionales como estructuras tridimensionales en espiral autoportantes. El trabajo avanzó aún más cuando Ed Kinzel, quien dirigió el estudio en Notre Dame, se asoció con colegas del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (México). Juntos, pasaron de producir formas huecas a lograr sólidos 3D densos y completamente transparentes. Aunque la precisión sigue siendo un desafío, los investigadores se muestran optimistas de que, con más mejoras, podrán alcanzar un rendimiento aún mayor.
El método de impresión 3D desarrollado por la Universidad de Notre Dame. (Créditos de la foto: Wes Evard / College of Engineering, University of Notre Dame).
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