Durante siglos, la celulosa ha formado la base del material impreso más abundantemente en el mundo: el papel. Ahora, gracias a una nueva investigación en el MIT, también puede convertirse en un material abundante para imprimir, lo que podría proporcionar una alternativa renovable y biodegradablea los polímeros utilizados actualmente en materiales de impresión 3D.
"La celulosa es el polímero orgánico más abundante en el mundo", dice el postdoc MIT Sebastian Pattinson, autor principal de un artículo que describe el nuevo sistema en la revista Tecnologías avanzadas de materiales . El documento es coautor del profesor asociado de ingeniería mecánica A. John Hart, profesor de desarrollo profesional de Mitsui en tecnología contemporánea.
La celulosa, explica Pattinson, es "el componente más importante para dar a la madera sus propiedades mecánicas. Y debido a que es tan económica, es bio renovable, biodegradable y también muy versátil químicamente, se usa en muchos productos. La celulosa y sus derivados sonutilizado en productos farmacéuticos, dispositivos médicos, como aditivos alimentarios, materiales de construcción, ropa, todo tipo de áreas diferentes. Y muchos de estos tipos de productos se beneficiarían del tipo de personalización que permite la fabricación aditiva [impresión 3D] ".
Mientras tanto, la tecnología de impresión 3D está creciendo rápidamente. Entre otros beneficios, "le permite personalizar individualmente cada producto que fabrica", dice Pattinson.
El uso de la celulosa como material para la fabricación aditiva no es una idea nueva, y muchos investigadores lo han intentado pero se han enfrentado a grandes obstáculos. Cuando se calienta, la celulosa se descompone térmicamente antes de que pueda fluir, en parte debido a los enlaces de hidrógeno que existen entre las moléculas de celulosaLa unión intermolecular también hace que las soluciones de celulosa de alta concentración sean demasiado viscosas para extruirse fácilmente.
En cambio, el equipo del MIT eligió trabajar con acetato de celulosa, un material que se fabrica fácilmente a partir de celulosa y que ya se produce ampliamente y está fácilmente disponible. Esencialmente, la cantidad de enlaces de hidrógeno en este material se ha reducido por los grupos de acetato.El acetato de celulosa se puede disolver en acetona y extruir a través de una boquilla. A medida que la acetona se evapora rápidamente, el acetato de celulosa se solidifica en su lugar. Un tratamiento opcional posterior reemplaza los grupos de acetato y aumenta la resistencia de las piezas impresas.
"Después de imprimir en 3-D, restauramos la red de enlace de hidrógeno a través de un tratamiento con hidróxido de sodio", dice Pattinson. "Encontramos que la resistencia y la resistencia de las piezas que obtenemos ... son mayores que muchos materiales comúnmente utilizados"para impresión tridimensional, incluidos acrilonitrilo butadieno estireno ABS y ácido poliláctico PLA.
Para demostrar la versatilidad química del proceso de producción, Pattinson y Hart agregaron una dimensión extra a la innovación. Al agregar una pequeña cantidad de colorante antimicrobiano a la tinta de acetato de celulosa, imprimieron en 3D un par de pinzas quirúrgicas con antimicrobianosfuncionalidad.
"Demostramos que las partes matan a las bacterias cuando las enciende con luz fluorescente", dice Pattinson. Dichas herramientas personalizadas "podrían ser útiles para entornos médicos remotos donde se necesitan herramientas quirúrgicas, pero es difícil entregar nuevas herramientas comose rompen o cuando se necesitan herramientas personalizadas. Y con las propiedades antimicrobianas, si la esterilidad del quirófano no es ideal, la función antimicrobiana podría ser esencial ", dice.
Debido a que la mayoría de las impresoras 3D basadas en extrusión existentes dependen del calentamiento del polímero para que fluya, su velocidad de producción está limitada por la cantidad de calor que se puede suministrar al polímero sin dañarlo. Este proceso de celulosa a temperatura ambiente, quePattinson dice que simplemente se basa en la evaporación de la acetona para solidificar la pieza, podría ser potencialmente más rápido, y varios métodos podrían acelerarlo aún más, como colocar cintas delgadas de material para maximizar el área de superficie o soplar aire caliente sobre ella.acelerar la evaporación. Un sistema de producción también buscaría recuperar la acetona evaporada para hacer que el proceso sea más rentable y respetuoso con el medio ambiente.
El acetato de celulosa ya está ampliamente disponible como producto básico. A granel, el material tiene un precio comparable al de los termoplásticos utilizados para el moldeo por inyección, y es mucho menos costoso que los materiales de filamentos típicos utilizados para la impresión en 3D, según los investigadoresEs decir, esto, combinado con las condiciones de temperatura ambiente del proceso y la capacidad de funcionalizar la celulosa de varias maneras, podría hacerlo comercialmente atractivo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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