Impresión 3D con ondas de sonido: el último grito en tecnología

En 1883 la violenta erupción del volcán Krakatoa en Indonesia generó el sonido más potente del que existan registros históricos: alcanzó los 310 dB y a casi cinco mil kilómetros de distancia se oyó una explosión equivalente a la de un cañonazo. La onda sónica fue tan potente que incluso afectó al oleaje en Inglaterra. Hoy existen numerosos avances tecnológicos y científicos que aprovechan el potencial del sonido de una manera más benigna, con aplicaciones en medicina, limpieza o ecolocalización submarina. A ellos se suma ahora la impresión 3D con ondas sónicas.

DSP: la tecnología de impresión 3D con ondas    

Tal como señalan los desarrolladores del nuevo sistema de impresión 3D, cuyos resultados se han publicado en la revista Nature, los ultrasonidos se habían empleado hasta ahora en aplicaciones destructivas como la eliminación de tejidos tumorales. ¿Sería posible recurrir a ellos para finalidades creativas? La respuesta corta es que sí, tal como se advierte en las muestras de la imagen contigua. Como siempre, los detalles de la tecnología tienen algo más de miga.

Tal como señalan los desarrolladores del nuevo sistema de impresión 3D, cuyos resultados se han publicado en la revista Nature, los ultrasonidos se habían empleado hasta ahora en aplicaciones destructivas como la eliminación de tejidos tumorales. ¿Sería posible recurrir a ellos para finalidades creativas? La respuesta corta es que sí, tal como se advierte en las muestras de la imagen contigua. Como siempre, los detalles de la tecnología tienen algo más de miga.

Hasta ahora existían dos principales técnicas de impresión 3D: la primera y más habitual es fundiendo polímeros u otros materiales con calor y la otra –menos común– es por medio de radiación lumínica, que solidifica resinas líquidas por medio de haces. La impresión 3D con ondas o impresión directa con sonido (DSP por sus siglas en inglés) podría erigirse en una tercera opción. Y, además, con una precisión inédita que permita crear estructuras de gran complejidad.

El enfoque que han utilizado los investigadores de la Concordia University de Canadá pasa por utilizar ultrasonidos con una longitud de onda específica para generar zonas con reactividad química en una solución líquida de polímeros. Las ondas sónicas producen fuertes cambios de presión en burbujas de aire microscópicas cuya temperatura aumenta hasta cerca de quince mil grados kelvin durante unos picosegundos.

La materia prima empleada es un polímero llamado PDMS que suele emplearse en la impresión aditiva. Sin embargo, gracias al campo ultrasónico, que es modulable en función del grado de viscosidad del líquido y el tipo de longitud de onda, se puede llevar a cabo el proceso de impresión 3D punto por punto, como si fueran píxeles de una imagen.

La tecnología, con aplicaciones en la industria aeronáutica, en la fabricación de sensores o incluso en la impresión de implantes dentro del cuerpo humano, se ha probado ya con polímeros y materiales cerámicos. El siguiente paso consistirá en trabajar con composites de polímero-metal para, en última instancia, alcanzar la impresión 3D con ondas en metales.

Un salto generacional en la impresión 3D con luz y nanomateriales

Como hemos visto, la impresión 3D con luz y resinas es una técnica algo menos habitual que la impresión aditiva térmica. No obstante, también se están haciendo progresos sustanciales en este campo. Investigadores de la Universidad de Stanford han recurrido a un rayo láser azul que solidifica una resina gelatinosa.

Sin embargo, eso no es todo. En condiciones normales, la resina se solidifica a lo largo de todo el haz láser. Hace falta una estrategia adicional que permita una solidificación (o curación, tal como se conoce técnicamente) selectiva. Los científicos lo han logrado por medio de nanomateriales diseminados a través de la resina y un rayo láser rojo.

Estos nanomateriales son gotas de un tamaño ínfimo –la milésima parte de un cabello humano– y una cobertura protectora de sílice. Según los científicos, conseguir esta cobertura para mantener el líquido interior sin fugas fue uno de los grandes retos del proyecto.  

Cuando el rayo láser rojo entra en contacto con esos nanomateriales los fotones rojos de baja energía se convierten en fotones azules de alta energía. Y es en ese momento cuando la resina se solidifica, logrando así la llamada impresión volumétrica.

Esta técnica por ahora es bastante lenta, pero sus desarrolladores confían en poder imprimir múltiples puntos a la vez para acelerar el proceso, además de mejorar la resolución de la impresión.      

Las nanocápsulas desarrolladas en este proyecto también podrían utilizarse en placas solares, de tal manera que conviertan la energía lumínica de baja intensidad en longitudes de onda aprovechables para las células fotovoltaicas.

Si quieres conocer más aplicaciones de la impresión 3D, te recomendamos este artículo sobre su uso en biomedicina o este otro sobre su popularidad creciente en el sector de la construcción con nuevos biomateriales.

Ya sea por medio de impresión 3D con ondas o recurriendo a nuevas aleaciones metálicas como la que mencionamos en este artículo, es posible que en un futuro próximo la impresión 3D alcance por fin aplicaciones industriales a gran escala.

Fuentes:

• TechXplore
• https://techxplore.com/news/2022-04-kind-3d.html