Una nueva impresora 3D utiliza luz para transformar líquidos pegajosos en objetos sólidos complejos en solo unos minutos.
Apodado el "replicador" por los inventores, después del dispositivo Star Trek que puede materializar cualquier objeto a pedido, la impresora 3D puede crear objetos más suaves, más flexibles y más complejos de lo que es posible con el 3D tradicionalimpresoras. También puede encerrar un objeto ya existente con nuevos materiales, por ejemplo, agregar un mango a un destornillador de metal, que las impresoras actuales luchan por hacer.
La tecnología tiene el potencial de transformar cómo se diseñan y fabrican los productos desde prótesis hasta lentes de anteojos, dicen los investigadores.
"Creo que esta es una ruta para poder personalizar aún más los objetos, ya sean prótesis o zapatos para correr", dijo Hayden Taylor, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de California, Berkeley, y autor principal deun documento que describe la impresora, que aparece en línea hoy 31 de enero en el diario ciencia .
"El hecho de que pueda tomar un componente metálico o algo de otro proceso de fabricación y agregar geometría personalizable, creo que eso puede cambiar la forma en que se diseñan los productos", dijo Taylor.
La mayoría de las impresoras 3D, incluidas otras técnicas basadas en la luz, acumulan objetos 3D capa por capa. Esto conduce a un efecto de "escalón" a lo largo de los bordes. También tienen dificultades para crear objetos flexibles porque los materiales flexibles pueden deformarse durante la impresiónproceso y se requieren soportes para imprimir objetos de ciertas formas, como arcos.
La nueva impresora se basa en un líquido viscoso que reacciona para formar un sólido cuando se expone a un cierto umbral de luz. La proyección de patrones de luz cuidadosamente diseñados, esencialmente "películas", en un cilindro giratorio de líquido solidifica la forma deseada "de repente."
"Básicamente, tienes un videoproyector listo para usar, que literalmente traje desde casa, y luego lo enchufas a una computadora portátil y lo usas para proyectar una serie de imágenes computadas, mientras un motor gira"El cilindro que tiene una resina de impresión en 3D", dijo Taylor. "Obviamente hay muchas sutilezas: cómo se formula la resina y, sobre todo, cómo se calculan las imágenes que se proyectarán,pero la barrera para crear una versión muy simple de esta herramienta no es tan alta "
Taylor y el equipo usaron la impresora para crear una serie de objetos, desde un pequeño modelo de la estatua "The Thinker" de Rodin hasta un modelo personalizado de mandíbula. Actualmente, pueden hacer objetos de hasta cuatro pulgadas de diámetro.
"Este es el primer caso en el que no necesitamos construir partes 3D personalizadas capa por capa", dijo Brett Kelly, coautor del artículo que completó el trabajo mientras era un estudiante graduado que trabaja en conjunto en UC Berkeley yLawrence Livermore National Laboratory. "Hace que la impresión 3D sea realmente tridimensional".
Una tomografía computarizada - en reversa
La nueva impresora se inspiró en las tomografías computarizadas TC que pueden ayudar a los médicos a localizar tumores y fracturas dentro del cuerpo.
Las tomografías computarizadas proyectan rayos X u otros tipos de radiación electromagnética en el cuerpo desde todos los ángulos diferentes. El análisis de los patrones de energía transmitida revela la geometría del objeto.
"Esencialmente revertimos ese principio", dijo Taylor. "Estamos tratando de crear un objeto en lugar de medir un objeto, pero en realidad gran parte de la teoría subyacente que nos permite hacer esto se puede traducir de la teoría subyacente computadatomografía."
Además de modelar la luz, que requiere cálculos complejos para obtener las formas e intensidades exactas, el otro desafío importante que enfrentaron los investigadores fue cómo formular un material que permanezca líquido cuando se expone a un poco de luz, pero reacciona para formarseun sólido cuando se expone a mucha luz.
"El líquido que no desea curar es sin duda que le atraviesan los rayos de luz, por lo que debe haber un umbral de exposición a la luz para esta transición de líquido a sólido", dijo Taylor.
La resina de impresión 3D está compuesta de polímeros líquidos mezclados con moléculas fotosensibles y oxígeno disuelto. La luz activa el compuesto fotosensible que agota el oxígeno. Solo en aquellas regiones 3D donde se ha usado todo el oxígeno, los polímeros forman la "cruz"-enlaces "que transforman la resina de un líquido a un sólido. La resina no utilizada se puede reciclar calentándola en una atmósfera de oxígeno, dijo Taylor.
"Nuestra técnica casi no genera desperdicio de material y el material no curado es 100 por ciento reutilizable", dijo Hossein Heidari, un estudiante graduado en el laboratorio de Taylor en UC Berkeley y co-primer autor del trabajo ". Esta es otra ventaja que viene conimpresión 3D sin soporte "
Los objetos tampoco tienen que ser transparentes. Los investigadores imprimieron objetos que parecen opacos usando un tinte que transmite luz en la longitud de onda de curado pero absorbe la mayoría de las otras longitudes de onda.
"Esto es particularmente satisfactorio para mí, porque crea un nuevo marco de impresión 3D volumétrica o 'todo a la vez' que hemos comenzado a establecer en los últimos años", dijo Maxim Shusteff, ingeniero del personal de Livermorelaboratorio "Esperamos que esto abra el camino para que muchos otros investigadores exploren esta emocionante área de tecnología".
Indrasen Bhattacharya de UC Berkeley es coautor del trabajo. Otros autores incluyen Christopher M. Spadaccini del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.
Este trabajo fue apoyado por los fondos iniciales de la facultad de UC Berkeley y por los fondos de Investigación y Desarrollo Dirigidos por Laboratorio del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. El equipo ha presentado una solicitud de patente sobre la técnica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Kara Manke. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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