ValueBioMat: impresión 3D con composites biológicos
En la actualidad, cada vez más empresas están desarrollando materiales compuestos para la impresión 3D de piezas, también denominados «composites». Es cierto que estos composites pueden tener un impacto negativo en la naturaleza. Por ello, la Universidad Aalto de Finlandia está llevando a cabo una interesante investigación para desarrollar nuevos materiales poliméricos sostenibles de base biológica, que sustituyan a los plásticos y compuestos convencionales de origen fósil. Estos nuevos materiales y sus técnicas de procesamiento permitirán en un futuro próximo, una impresión 3D completamente sostenible y circular. Hoy hemos hablado con Jukka Seppälä, el profesor que, junto al laboratorio de fabricación aditiva de la Universidad están realizando investigaciones sobre este tema, un proyecto llamado ValueBioMat.
3DN: ¿Puedes presentarte brevemente y hablarnos de su relación con la impresión 3D?
Soy Jukka Seppälä, profesor de Tecnología de Polímeros en la Universidad Aalto de Finlandia. El perfil de mi laboratorio se centra en la síntesis de polímeros de polímeros y la ingeniería de reacciones de polímeros. Nuestro interés es comprender las relaciones estructura/propiedades de los polímeros y adaptar los materiales poliméricos para satisfacer aplicaciones importantes y exigentes. Desde hace años, estamos en primera línea para desarrollar polímeros y plásticos de origen biológico. Esto nos ha llevado a interesarnos también por las técnicas de procesamiento avanzadas y emergentes, como la fabricación aditiva. Estas técnicas de AM ofrecen grandes oportunidades para fabricar estructuras optimizadas de una forma nueva que ahorra materiales. Así, la técnica en combinación con nuevos materiales poliméricos sostenibles y de base biológica puede ofrecer grandes pasos hacia soluciones de materiales más sostenibles desde el punto de vista medioambiental. En la Universidad Aalto, el experto en fabricación aditiva es el profesor Jouni Partanen y trabajamos con el de forma estrecha en su laboratorio de Manufacturing, ADDLAB.
(Jukka Seppälä profesor de Tecnología de Polímeros en la Universidad Aalto de Finlandia – Créditos: ValueBioMat)
3DN: ¿Cómo surgió la idea de crear ValueBioMat? ¿Cuál es su misión?
La misión de ValueBiomat es fomentar la sostenibilidad mediante acciones legislativas y políticas, desarrollando marcos adecuados que incentiven desarrollos en producciones y servicios relacionados con los biomateriales, que regulen proporcionalmente la protección y el acceso a los datos industriales y los archivos de diseño, regulen funcionalmente las plataformas y los intermediarios, y apoyen la cooperación entre las partes implicadas mediante el desarrollo de nuevos modelos de innovación y de gobierno de las redes empresariales.
También investigamos y desarrollamos rutas de síntesis viables y de alto rendimiento a partir de ácidos grasos a monómeros polimerizables como los ácidos di-carboxílicos, e investigar las posibilidades para sintetizar poliamidas, poliésteres y poliuretanos de cadena larga de base biológica, así como sus correlaciones de estructura de propiedades con las propiedades de los materiales. Los compuestos reforzados de los biopolímeros sintetizados, con compatibilización química son la tecnología clave para descubrir los materiales compuestos óptimos que contienen fibras largas para los procesos de AM y para desarrollar tecnologías de AM adecuadas para dichos composites. Por último, evaluamos el impacto medioambiental, social y ético de nuestras soluciones en beneficio de la sociedad.
3DN: ¿Cuáles son las principales ventajas de convertir los bioaceites en composites para la impresión en 3D?
Los bioaceites ofrecen una nueva y emergente fuente de materias primas renovables para producir combustibles y materiales poliméricos. Actualmente, existen bioaceites comerciales basados en poliamidas. En nuestra investigación hemos desarrollado poliamidas de cadena larga que presentan unas propiedades óptimas, especialmente en combinación con rellenos y fibras de refuerzo de origen biológico, para fabricar biocomposites termoplásticos. Los problemas que hemos conseguido resolver se refieren a cómo evitar la degradación de las biopartículas térmicamente sensibles. Para ello hemos desarrollado poliamidas específicas de baja fusión, que están esencialmente basadas en materias primas biológicas. Estos avances nos han llevado a crear nuevos composites biológicos muy interesantes para sustituir a los plásticos y compuestos convencionales de origen fósil.
3DN: ¿Puede hablarnos un poco más del proceso de impresión 3D sin capas con biomateriales?
Nosotros hemos trabajado con la estereolitografía en la fabricación aditiva cuyo parámetro clave es garantizar la correcta y rápida reticulación química de la resina. Esto incluye la unión química también entre las capas, por lo que finalmente se forma una red 3D sin fisuras, es decir, se obtiene un resultado final sin capas. Existen dispositivos que han sido desarrollado exactamente con ese propósito. En lugar de que la plataforma de construcción se mueva en intervalos de altura (por ejemplo, 50 µm), la plataforma se mueve lentamente de forma continua mientras se produce el mientras se produce el fotoentrecruzamiento, lo que da lugar a una estructura sin capas. Otro enfoque, que hemos implementado es imprimir en 3D moldes prediseñados que en otra etapa, se utilizan para fundir los objetos. En este caso, el objeto real tampoco tiene capas.
3DN: ¿Cómo veis en ValueBioMat el futuro de los plásticos renovables y circulares en la impresión 3D?
Nosotros estamos convencidos de que la impresión 3D ofrece nuevas oportunidades para el diseño optimizado de productos que ahorran el consumo de materiales. Además, la fabricación digital con impresoras 3D distribuidas ofrece producción bajo demanda en el lugar de uso. También hay que tener en cuenta diferentes escalas, desde la impresión 3D de escritorio hasta la fabricación aditiva robotizada de objetos muy grandes.
3DN: ¿Tiene unas últimas palabras para nuestros lectores?
Los nuevos materiales y sus técnicas de procesamiento están en una posición clave para permitir la sostenibilidad y circulares en un futuro próximo. Para ponerlo en práctica, no sólo necesitamos soluciones técnicas soluciones técnicas, sino también una comprensión basada en la ciencia de todo el ciclo de vida cadena de valor hasta los esquemas de fin de vida de los productos. En este sentido, se necesitan nuevos modelos de negocio necesitan incentivos y normativas. Estoy seguro de que los productores y los consumidores están dispuestos. Esta es la misión principal del proyecto ValueBiomat.
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*Créditos imagen de portada: Universidad Aalto
