la impresión 3D ha revolucionado los campos de la salud, la ingeniería biomédica, la fabricación y el diseño de arte.
Las aplicaciones exitosas han llegado a pesar del hecho de que la mayoría de las técnicas de impresión 3D solo pueden producir piezas hechas de un material a la vez. Se podrían desarrollar aplicaciones más complejas si las impresoras 3D pudieran usar diferentes materiales y crear piezas de materiales múltiples.
Una nueva investigación utiliza diferentes longitudes de onda de luz para lograr esta complejidad. Los científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison desarrollaron una nueva impresora 3D que utiliza patrones de luz visible y ultravioleta para determinar cuál de los dos monómeros se polimeriza para formar un material sólido.los patrones de luz proporcionan el control espacial necesario para producir piezas de múltiples materiales. El trabajo fue publicado el 15 de febrero en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
"Por sorprendente que sea la impresión 3D, en muchos casos solo ofrece un color para pintar", dice el profesor de química de UW-Madison, AJ Boydston, quien dirigió el trabajo reciente con su estudiante graduada Johanna Schwartz. "El campo necesitauna paleta a todo color "
Boydston y Schwartz sabían que los materiales de impresión mejorados requerían un enfoque químico para complementar los avances de ingeniería.
"Este es un cambio en cómo pensamos acerca de la impresión 3D con múltiples tipos de materiales en un solo objeto", dice Boydston. "Este es más un enfoque de químico de abajo hacia arriba, desde las moléculas hasta las redes".
La impresión 3D es el proceso de hacer objetos tridimensionales sólidos a partir de un archivo digital agregando sucesivamente capas delgadas de material sobre las capas anteriores. La mayoría de los métodos de impresión 3D de materiales múltiples utilizan depósitos separados de materiales para obtener diferentes materiales a la derechaposiciones
Pero Boydston se dio cuenta de que un enfoque de componentes múltiples de una tina, similar al enfoque de un recipiente de un químico al sintetizar moléculas, sería más práctico que los depósitos múltiples con diferentes materiales. Este enfoque se basa en la capacidad de diferenteslongitudes de onda de luz para controlar qué materiales de partida se polimerizan en diferentes secciones del producto sólido. Esos materiales de partida comienzan como productos químicos simples, conocidos como monómeros, que se polimerizan en una cadena más larga de productos químicos, como la forma en que se fabrica el plástico.
"Si puede diseñar un elemento en PowerPoint con diferentes colores, entonces podemos imprimirlo con diferentes composiciones basadas en esos colores", dice Schwartz.
Los investigadores crean múltiples imágenes digitales que, cuando se apilan, producen un diseño tridimensional. Las imágenes controlan si se utiliza luz ultravioleta o visible para polimerizar los materiales de partida, que controlan el material final y sus propiedades, como la rigidez. Los investigadores simultáneamentedirija la luz desde dos proyectores hacia una tina de materiales de partida líquidos, donde las capas se construyen una por una en una plataforma. Después de construir una capa, la plataforma de construcción se mueve hacia arriba y la luz ayuda a construir la siguiente capa.
El mayor obstáculo que enfrentaron Boydston y Schwartz fue la optimización de la química de los materiales de partida. Primero consideraron cómo se comportarían los dos monómeros juntos en una tina. También tuvieron que asegurarse de que los monómeros tuvieran tiempos de curado similares para que el duro y el blandolos materiales dentro de cada capa terminaron de secarse aproximadamente al mismo tiempo
Con la química correcta en su lugar, Boydston y Schwartz ahora podrían dictar exactamente dónde se curó cada monómero dentro del objeto impreso usando luz ultravioleta o visible.
"En esta etapa, solo hemos logrado colocar materiales duros al lado de materiales blandos en un solo paso", dice Boydston. "Hay muchas imperfecciones, pero estos son nuevos y emocionantes desafíos".
Ahora, Boydston quiere abordar estas imperfecciones y responder preguntas abiertas, como qué otras combinaciones de monómeros se pueden usar y si se pueden usar diferentes longitudes de onda de luz para curar estos nuevos materiales. Boydston también espera reunir un equipo interdisciplinario que pueda aumentarEl impacto de la impresión 3D de múltiples materiales controlada por longitud de onda.
El enfoque novedoso de los investigadores para la impresión 3D de múltiples materiales podría permitir a los diseñadores, artistas, ingenieros y científicos crear sistemas significativamente más complejos con la impresión 3D. Las aplicaciones podrían incluir la creación de dispositivos médicos personalizados, como prótesis, o el desarrollo deórganos y tejidos simulados. Los estudiantes de medicina podrían usar estos órganos sintéticos para el entrenamiento en lugar de pacientes vivos o antes de trabajar con ellos.
Usar métodos químicos para eliminar un cuello de botella de ingeniería es exactamente lo que la industria de la impresión 3D necesita para avanzar, dice Schwartz.
"Es esta interfaz de química e ingeniería la que impulsará el campo a nuevas alturas", dice Schwartz.
Este trabajo fue financiado por la Oficina de Investigación del Ejército Grant No. W911NF-17-1-0595 y el Programa de Becas de Investigación para Graduados de la National Science Foundation JJS - Grant No. DGE-1256082.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Original escrito por Stephanie Blaszczyk. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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