#Startup3D: el filamento de cobre conductor para electrónica FDM de Kupros

Cuando Ian Ramsdell, fundador de Kupros, empezó a preguntar a especialistas en electrónica sobre la impresión 3D de cobre, se topó con mucho escepticismo. Según recuerda Ramsdell, un experto insistió en que era imposible y que nunca se conseguiría: «El cobre no se puede imprimir en 3D, nunca se imprimirá en 3D». Lo que ese experto no sabía era que Ramsdell ya había trabajado en un experimento de laboratorio confirmado, uno que el ejército estadounidense había llevado a cabo y validado años antes.

Esa distancia entre «imposible» y «ya demostrado en un laboratorio» es la historia que dio origen a Kupros y a su producto estrella, el Cu29: un filamento totalmente metálico y conductor diseñado para imprimir en máquinas estándar de modelado por deposición fundida (FDM), el hardware de sobremesa que ya se encuentra en la mayoría de los talleres. La ambición va más allá de los circuitos impresos. Dado que el conductor se extruye junto con el plástico estructural en la misma impresión, el Cu29 está destinado a sensores integrados, enrutamiento de señales embebido, así como a antenas conformadas y trayectorias conductoras que siguen la geometría de una pieza en lugar de situarse sobre una placa plana. En los sectores aeroespacial y de defensa, donde Kupros prevé su mayor demanda inicial, el argumento de venta es concreto: menos mazos de cables, conectores e interconexiones; sensores de estado estructural integrados en piezas que soportan carga; y una iteración más rápida a medida que el diseño eléctrico y mecánico evolucionan a la par. «El hecho de que a alguien le hayan dicho que algo es imposible no significa que no se pueda hacer», afirmó Ramsdell.

El Cu29 puede utilizarse para desarrollar electrónica integrada.

La NASA, Northrop y Boeing hicieron pedidos por adelantado de Cu29

El mercado se comprometió antes de que el material estuviera terminado. Tras ser seleccionado como finalista del programa xTech del Ejército Estadounidense en la conferencia DMC de 2022 celebrada en Tampa, Ramsdell se marchó con pedidos pagados por adelantado de la NASA, Northrop y Boeing. Le siguieron más preventas, de KBR, el DEVCOM del Ejército de los EE. UU. y varias universidades. Los compradores adelantaron el dinero mientras la ciencia de los materiales aún se encontraba en fase de desarrollo. «Estaban dispuestos a pagarme por adelantado para ser los primeros en acceder al material tan pronto como saliera de producción», afirma. Se trata de un nivel de confianza inusual para una startup de materiales que aún no genera ingresos.

El origen en un laboratorio de la armada

La tecnología subyacente surgió de un laboratorio de la Armada de los EE. UU., y Ramsdell se lo atribuye al científico Carson Holmes, por entonces técnico que trabajaba en sistemas electrónicos aditivos de Optomec, Nano Dimension y nScript. Esas máquinas, cuyo coste ascendía a siete cifras, se basaban en una tecnología de inyección de tinta de plata con limitaciones reales: «Debido a la porosidad de los trazos, a veces su uso se ve restringido únicamente a bajo voltaje y bajo amperaje», explicó Ramsdell. La propuesta de Holmes para una vía mejor fue nombrada mejor artículo de 2017 en el marco del Premio a la Innovación en Diseño de la Oficina de Investigación Naval, y luego quedó sin utilizar hasta que Ramsdell obtuvo la licencia en 2021 a través de un estudio de startups del Departamento de Defensa de EE. UU.

Esa estrategia es la razón por la que apostó por un material que otros habían descartado: en lugar de arriesgarse con una ciencia sin demostrar, adoptó una tecnología cuyo riesgo ya había sido minimizado por un laboratorio nacional. El fracaso que se propuso superar era de larga data, no algo propio de un nicho. «Un fabricante de productos electrónicos muy, muy grande nos dijo que llevaba intentando fabricar un material similar a este desde la década de los noventa y que no había tenido éxito».

Por qué es difícil imprimir en 3D con cobre

La dificultad es intrínseca al metal. «El cobre es muy reflectante, transfiere el calor de forma muy eficiente y, además, se oxida ante el más mínimo cambio de temperatura», afirma Ramsdell, una combinación que ha frustrado la impresión con cobre en todas las familias de procesos durante décadas. Resolver este problema, argumenta, abrió una puerta mucho más allá de las pistas conductoras. El equipo ahora puede dopar el material para dotarlo de propiedades como el blindaje contra la radiación y estructuras a prueba de manipulaciones, «para que no se puedan analizar los componentes con rayos X con el fin de realizar ingeniería inversa».

La impresión con filamentos conductores permite a los usuarios crear rutas de señal integradas, sensores integrados, trayectorias conductoras conformadas, antenas integradas y mucho más.

Diseñado para el hardware existente

El argumento comercial se basa en el acceso. La electrónica aditiva ha supuesto históricamente máquinas de seis y siete cifras. Cu29 está diseñado para integrarse en equipos accesibles. Ramsdell lo ha probado en impresoras de sobremesa de menos de 300 dólares y en una Bambu Lab A1 Mini con su sistema automatizado de materiales, y está homologando la Prusa XL como plataforma recomendada. No requiere modificaciones en la impresora más allá de un hotend de acero, y Kupros afirma que un conductor impreso es funcional nada más salir de la plataforma, sin necesidad de sinterización, galvanización, curado ni limpieza química, lo que supone un marcado contraste con los costes de mantenimiento de la inyección de tinta de plata.

Cabe destacar que el Cu29 no está pensado para fabricar piezas metálicas voluminosas del mismo modo que el PLA fabrica las de plástico. Ramsdell afirma que el equipo solo ha impreso «cinco o seis alturas de capa» en el eje Z, principalmente para probar la autoadhesión, y que «por el momento no está intentando construir en la tercera dimensión». Más bien, la atención se centra en la electrónica integrada. El filamento funciona como un conductor integrado en y sobre estructuras poliméricas, razón por la cual el flujo de trabajo es multimaterial: plástico estructural y Cu29 impresos conjuntamente, a menudo en una máquina de doble extrusor o IDEX, de modo que el circuito eléctrico queda integrado a medida que se fabrica la pieza. «En lugar de colocar los componentes tradicionales directamente sobre la placa de circuito impreso, se colocan directamente en el punto donde se necesitan».

Las afirmaciones sobre el rendimiento

Las cifras de rendimiento de Kupros, que Ramsdell se cuida de calificar de preliminares, son la noticia principal. En las primeras pruebas de alta tensión, la empresa hizo pasar 12 500 voltios a través del material sin destruirlo y, a continuación, siguió aumentando la corriente. «No parábamos de quemar fuentes de alimentación y no conseguíamos suficiente corriente para realizar pruebas destructivas», afirmó. Posteriormente, un banco de supercondensadores hizo pasar por una muestra corta lo que él estima en más de 600 amperios, sin que se produjera ningún fallo. En comparación con la tinta de plata para impresoras de inyección de tintael único material aditivo comparable, Ramsdell afirma que el Cu29 es un 48 000 % más conductor. Estas cifras las ha facilitado la propia empresa y están pendientes de verificación independiente, pero el posicionamiento es claro: un único material para aplicaciones tanto de alta como de baja potencia, algo que la química actual no puede ofrecer. Kupros también se llevó el Premio TCT a los Materiales en la feria RAPID de este año.

Una variante de grado espacial en desarrollo

Actualmente, Kupros está desarrollando Cu29 Space, una variante del material base destinada a combatir la formación de «whiskers» de estaño. Los «whiskers» de estaño se producen cuando los conductores de estaño desarrollan diminutos filamentos metálicos que pueden tender puentes entre pistas adyacentes, provocando un cortocircuito. Esto supone un riesgo especialmente para las naves espaciales, donde no es posible reparar el hardware y un solo cortocircuito puede poner fin a una misión. Según Kupros, la variante espacial está formulada para eliminar la formación de «whiskers» al imprimir trazas de entre 0,2 mm y 1,2 mm en equipos FDM habituales. El filamento podría utilizarse para conductores de potencia, electrónica no plana y modular, así como para sensores y antenas integrados.

Qué significa el Cu29 para la electrónica aditiva

El nombre se remonta a la historia más antigua del metal. «Kupros significa “cobre” en griego», señala Ramsdell, y «los griegos fueron la primera civilización humana en entrar en la era del cobre». El enfoque es deliberado, ya que al fundador le dijeron en repetidas ocasiones que su idea central era imposible.

Para un sector de la fabricación aditiva que sigue a la espera de la promesa de piezas funcionales y multimaterial directamente desde la plataforma de impresión, un filamento metálico conductor que funciona con hardware básico, con una línea de grado espacial ya en desarrollo, supone un auténtico avance, siempre que las cifras de rendimiento se mantengan. Si quieres saber más sobre Kurpos, visita su página web AQUÍ.

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*Créditos de todas las fotos: Kupros