#Startup3D: MATERIAL imprime baterías en 3D que se adaptan a cualquier forma

Durante décadas, el diseño de hardware ha estado dictado por una realidad ineludible: la batería es un bloque. Ya sea al diseñar un dron o un smartphone, los ingenieros han tenido que adaptarse a las rígidas y pesadas limitaciones de las celdas cilíndricas o prismáticas tradicionales, sacrificando la distribución del peso y la forma con tal de que el dispositivo siga funcionando.

Una startup con sede en Florida llamada MATERIAL está intentando romper ese patrón. Mediante un proceso de impresión 3D patentado, la empresa puede fabricar baterías con geometrías personalizadas, lo que permite que la fuente de energía se adapte al producto y no al revés. El concepto se resume en su eslogan: «No fabricamos baterías. Imprimimos energía.» La idea ya ha captado la atención tanto de inversores como del ejército en Estados Unidos, con la compañía asegurando una ronda de financiación inicial de 7,1 millones de dólares y un contrato de 1,25 millones de dólares con la Fuerza Aérea a principios de este año. Dado que su sistema permite que una sola máquina imprima fuentes de energía completamente distintas para objetos completamente distintos, introduce un nivel de flexibilidad que podría alterar de manera fundamental el desarrollo de productos. Para el startup del mes de junio, nos reunimos con el Dr. Chris Reyes, CTO, cofundador e inventor del proceso, para conocer la visión de la empresa.

3DN: ¿Podría presentarse y contarnos qué le llevó a la impresión 3D?

Somos MATERIAL, una empresa de fabricación avanzada, y contamos con una máquina avanzada capaz de imprimir casi cualquier cosa. Y lo que estamos haciendo primero son baterías de iones de litio, que imprimimos con nuestros nanomateriales de desarrollo propio.

Todo surgió de mi trabajo de doctorado en la Universidad de Duke. Allá por 2014, 2015, nos estábamos adentrando en la fabricación aditiva. Éramos un laboratorio de ciencia de materiales: cultivábamos nanomateriales, desarrollábamos aplicaciones compuestas y también estudiábamos el crecimiento de nanomateriales. […] Quería hacer algo más significativo y comprobar si se podía imprimir una batería en 3D. Fui uno de los primeros en el mundo en imprimir completamente en 3D una batería de iones de litio, usando composites FDM y mezclando nanocomposites. Y de ahí nació la idea de esta empresa. Hice mi postdoctorado en la Universidad Rice, y fue entonces cuando aprendí técnicas de fabricación más avanzadas. […] Y en 2023, decidimos constituir la empresa e intentar realmente poner en marcha la idea.

Cofundador Miles Dotson (izquierda), CEO de MATERIAL Gabe Elias (centro) y Chris Reyes (derecha).

3DN: ¿Podría contarnos más sobre la tecnología de impresión 3D que utiliza MATERIAL?

No puedo entrar demasiado en los detalles, pero es una herramienta de impresión multimodal. Tenemos extrusión de plástico. Hacemos FDM en este momento, pero también podemos trabajar con pellets y cualquier tipo de composite polimérico. Construimos algunos extrusores de tornillo que extruyen pastas de batería. Y podemos trabajar con nanocomposites. Podemos dispensar una variedad de tipos de pastas y nanocomposites, y luego tenemos un sistema de sensores personalizado con postratamiento en tiempo real. Es algo parecido a la escritura directa con tinta […], solo que con nuestra propia variante, porque trabajamos con materiales especiales que tienen necesidades específicas.

3DN: ¿Por qué vieron la necesidad de crear baterías personalizadas?

La razón fundamental se remonta a cuando estaba decidiendo en qué proyecto trabajar. Quería hacer algo que tuviera futuro. Siempre vamos a tener baterías de alguna forma. La batería de iones de litio puede convertirse en lo que hoy es la batería de plomo-ácido, y nunca nos vamos a deshacer de las baterías de plomo-ácido. Simplemente tienen su propio lugar. Así que quería involucrarme en una tecnología que fuera a evolucionar, y que además fuera lo más noble posible. Siempre vamos a necesitar fuentes de energía.

Además, analizando la ciencia de las baterías, estamos limitados volumétricamente por el uso de celdas cilíndricas y prismáticas. Todo son cilindros apilados. Hay mucho espacio desperdiciado. La impresión 3D ofrece una manera de aprovechar todo ese espacio. Puedes optimizar el volumen, la disipación de calor, la resistencia. Y creo que la impresión 3D es la única forma de lograrlo.

3DN: ¿Cuáles son los principales beneficios de imprimir baterías en 3D?

Los más destacados son el aumento extremo de la densidad energética, ya que eliminamos una gran cantidad de material que no es batería, y podemos colocar baterías donde otros no pueden. Todo el espacio vacío que ves en una carcasa de batería pasa a ser el objeto completo, lo que aumenta la autonomía. Ese es otro de los beneficios. Además hay adaptabilidad y capacidad de cambio. Una de las ventajas de nuestras baterías es que puedes desarrollar una batería para, digamos, un dron o un coche teledirigido con la misma máquina; puedes empezar a desarrollar una batería para otro producto y usar la misma máquina. […] Ahora, si quieres una batería cilíndrica, construyes una fábrica, y eso es todo lo que vas a obtener. También está la eficiencia. Concentramos entre siete y doce pasos del proceso de fabricación de la batería en una sola máquina, por lo que ocupamos mucho menos espacio.

La fabricación de la batería impresa en 3D implica el ensamblaje de un ánodo, un separador y un cátodo.

3DN: ¿Podría explicarnos su modelo de negocio?

Dado que contamos con experiencia interna, nos encargaremos de suministrar las baterías a los clientes, es decir, nosotros haremos la impresión. Trabajamos estrechamente con sus ingenieros de diseño y los nuestros. De momento, así es como está funcionando. Pero en el futuro vemos escenarios en los que podríamos arrendar nuestras máquinas. O, por ejemplo, si un cliente de gran nombre quiere empezar a fabricar las baterías internamente, podríamos tener nuestras máquinas en sus instalaciones e imprimir allí las baterías para ensamblar los productos. Y la otra opción es la producción a mediana y gran escala, con instalaciones propias donde produciríamos grandes volúmenes de baterías.

3DN: ¿Cuáles han sido algunos de los retos que habéis enfrentado desde la creación de MATERIAL?

El más evidente son los aranceles. Estamos construyendo una empresa con mucho hardware y se dedica a la ciencia de materiales. Así que los aranceles han sido un cambio interesante y peculiar. Pero hay un gran impulso para repatriar la producción. Surgieron muchas soluciones para startups y mucha gente transitando hacia: «oye, ahora podemos conseguir esto aquí».

Otro [reto] es que fabricamos nuestros propios nanomateriales. Producir nanomateriales a escala es complicado debido a sus propiedades. Lo que hace que los nanomateriales sean excelentes también los hace difíciles de trabajar. Por ejemplo, asegurarse de que estén bien dispersos y de que sean uniformes a una escala muy grande. Estamos hablando de cosas diminutas, pero tenemos que controlarlas con mucha precisión.

La impresora 3D híbrida de MATERIAL (izquierda) y un primer plano de la tecnología en acción (derecha).

3DN: ¿Podría explicarnos los nanomateriales que utilizan?

Para imprimir baterías en 3D con éxito, desarrollamos un nanocomposite que actúa como espaguetis y albóndigas microscópicos. Una boquilla de impresora 3D estándar tiene un ancho de entre 400 y 1000 micras, y nuestras partículas activas de la batería (las «albóndigas») miden entre 1 y 10 micras. El secreto de nuestro proceso HYBRID3D es la incorporación de nanocables ultrafinos y altamente conductores (los «nanoespaguetis»).

Bajo la presión de la impresora, estos nanocables se alinean perfectamente para pasar por la boquilla sin atascarse. En cuanto salen, la presión cae y los nanocables se enredan al instante de nuevo, formando una red 3D compacta. Esta red actúa como una armadura estructural, fijando las partículas de batería en su lugar para que la forma impresa mantenga su estructura rígida sin necesidad de una carcasa externa.

3DN: ¿Para qué aplicaciones están desarrollando baterías?

Ahora mismo nos enfocamos en aplicaciones de vuelo, drones y dispositivos similares, porque necesitan equilibrar su tamaño y peso con su autonomía. Ahí es donde vemos el mayor beneficio, porque podemos aumentar su tiempo de funcionamiento sin aumentar su masa. La otra es la tecnología wearable con IA. […] Todo lo que llevamos puesto tiene IA y a medida que las empresas incorporan más IA en los dispositivos, estos consumen más energía. Actualmente, la gente opta por una pequeña batería de botón que va en la parte trasera o una batería rectangular. Pero sigues estando limitado.

Con nuestro sistema, podrías convertir todo el brazalete en la batería, dándote horas adicionales de autonomía.

Otra [aplicación] interesante es la robótica, la robótica humanoide. Tenemos un par de becarios trabajando en un proyecto de brazo robótico. Los robots actuales tienen una autonomía de entre cuatro y ocho horas, lo que implica tener que reemplazarlos a mitad de turno. Pero si los robots pudieran durar todo el día, deberían poder hacerlo. Y creo que nosotros podemos optar por eso.

Las baterías impresas en 3D se pueden utilizar para drones, defensa, dispositivos wearables con IA, dispositivos médicos y mucho más.

3DN: ¿Unas últimas palabras para nuestros lectores?

Soy un gran fan de la impresión 3D. Siempre he sido un gran defensor de ella. Creo que debería enseñarse más en las escuelas. Por otro lado, creo que todo el mundo debería tener acceso a impresoras 3D porque simplemente hacen la vida un poco mejor. Mi objetivo es ver hasta dónde podemos llegar con las impresoras 3D, empezando por las baterías. Planeamos avanzar hacia otros materiales y más allá.

¿Qué te parece MATERIAL? Comparte tu opinión en los comentarios del artículo. ¡Encuentra todos nuestros vídeos en el canal de Youtube o síguenos en Facebook y LinkedIn.

*Créditos de todas las fotos: MATERIAL