La impresión 3D es súper genial, pero también es súper lenta: tomaría 115 días imprimir un objeto detallado y multimaterial del tamaño de una toronja. Un nuevo método permite imprimir con hasta 8 tintas diferentes en una fracción deltiempo, gracias a los cabezales de impresión especiales que pueden cambiar tintas sin problemas hasta 50 veces por segundo.
Las impresoras 3D están revolucionando la fabricación al permitir a los usuarios crear cualquier forma física que puedan imaginar bajo demanda. Sin embargo, la mayoría de las impresoras comerciales solo pueden construir objetos a partir de un solo material a la vez y las impresoras de inyección de tinta que son capaces de impresión multimaterial sonlimitado por la física de la formación de gotas. La impresión 3D basada en extrusión permite imprimir una amplia gama de materiales, pero el proceso es extremadamente lento. Por ejemplo, tomaría aproximadamente 10 días construir un objeto 3D de aproximadamente un litro de volumen ala resolución de un cabello humano y una velocidad de impresión de 10 cm / s utilizando un cabezal de impresión de un solo inyector y material único. Para construir el mismo objeto en menos de 1 día, ¡sería necesario implementar un cabezal de impresión con 16 inyectores que impriman simultáneamente!
Ahora, una nueva técnica llamada impresión multimaterial multinozzle 3D MM3D desarrollada en el Instituto Wyss de Ingeniería Biológica de Harvard y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson SEAS utiliza válvulas de presión de alta velocidad para lograr una rápida, continua,y un cambio continuo entre hasta ocho materiales de impresión diferentes, lo que permite la creación de formas complejas en una fracción del tiempo que se requiere actualmente utilizando cabezales de impresión que van desde una sola boquilla hasta grandes matrices de múltiples boquillas. Estos mismos cabezales de impresión 3D se fabrican utilizando impresión 3D, lo que permitepersonalización rápida y facilitar la adopción por parte de otros en la comunidad de fabricación. Cada boquilla es capaz de cambiar materiales hasta 50 veces por segundo, que es más rápido de lo que el ojo puede ver, o casi tan rápido como un colibrí bate sus alas.reportado en Naturaleza .
"Al imprimir un objeto usando una impresora 3D basada en extrusión convencional, el tiempo requerido para imprimirlo se escala cúbicamente con la longitud del objeto, porque la boquilla de impresión tiene que moverse en tres dimensiones en lugar de solo una", dijoprimer autor Mark Skylar-Scott, Ph.D., investigador asociado del Instituto Wyss. "La combinación de matrices de múltiples boquillas de MM3D con la capacidad de cambiar entre varias tintas elimina rápidamente el tiempo perdido al cambiar los cabezales de impresión y ayuda a reducir la ley de escaladode cúbico a lineal, para que pueda imprimir objetos 3D periódicos multimateriales mucho más rápidamente "
La clave para el cambio rápido de tinta de la impresión MM3D es una serie de uniones en forma de Y dentro del cabezal de impresión donde se unen múltiples canales de tinta en una sola boquilla de salida. La forma de la boquilla, la presión de impresión y la viscosidad de la tinta se calculan con precisióny sintonizado de modo que cuando se aplica presión a uno de los "brazos" de la unión, la tinta que fluye hacia abajo a través de ese brazo no hace que la tinta estática en el otro brazo fluya hacia atrás, lo que impide que las tintas se mezclen y conserva lacalidad del objeto impreso. Al operar los cabezales de impresión utilizando un banco de válvulas neumáticas rápidas, este comportamiento de flujo unidireccional permite el ensamblaje rápido de filamentos multimateriales que fluyen continuamente desde cada boquilla, y permite la construcción de una parte multimaterial 3D.La longitud de los canales de tinta también se puede ajustar para tener en cuenta los materiales que tienen diferentes viscosidades y tensiones de producción, y por lo tanto fluyen más rápido o más lento que otras tintas.
"Debido a que la impresión MM3D puede producir objetos tan rápidamente, uno puede usar materiales reactivos cuyas propiedades cambian con el tiempo, como epóxidos, siliconas, poliuretanos o tintas biológicas", dijo el coautor primero Jochen Mueller, Ph.D.,investigador del Instituto Wyss y SEAS. "También se pueden integrar fácilmente materiales con propiedades dispares para crear arquitecturas similares a origami o robots blandos que contienen elementos rígidos y flexibles".
Para demostrar su técnica, los investigadores imprimieron una estructura de origami Miura compuesta de secciones rígidas de "panel" conectadas por secciones de "bisagra" altamente flexibles. Los métodos anteriores para construir dicha estructura requieren ensamblarlas manualmente en capas apiladas: el cabezal de impresión MM3Dfue capaz de imprimir todo el objeto en un solo paso al usar ocho boquillas para extruir continuamente dos tintas epoxídicas alternas cuyas rigideces diferían en cuatro órdenes de magnitud después del curado. Las bisagras resistieron más de 1,000 ciclos de plegado antes de fallar, lo que indica la alta calidad deltransiciones entre los materiales rígidos y flexibles logrados durante la impresión.
La impresión MM3D también se puede utilizar para crear objetos más complejos, incluidos los robots actuadores. El equipo de investigación diseñó e imprimió un robot blando compuesto de elastómeros rígidos y blandos en un patrón tipo milpiés que incluía canales neumáticos incrustados que habilitan los músculos blandos"para ser comprimido secuencialmente por una aspiradora, haciendo que el robot" camine ". El robot podía moverse a casi media pulgada por segundo mientras cargaba una carga ocho veces su propio peso, y podía conectarse a otros robots para transportar cargas más pesadas.
"Este método permite el diseño y la fabricación rápidos de materia voxelada, que es un paradigma emergente en nuestro campo", dijo la autora correspondiente Jennifer A. Lewis, Sc.D., quien es miembro de la facultad central en el Instituto Wyss y elHansjörg Wyss Profesor de Ingeniería Biológicamente Inspirada en SEAS. "Usando nuestra amplia paleta de tintas funcionales, estructurales y biológicas, los materiales dispares ahora se pueden integrar sin problemas en objetos impresos en 3D a pedido".
Es importante destacar que los cabezales de impresión MM3D actuales solo pueden imprimir partes periódicas es decir, repetitivas. Pero el equipo prevé que la impresión MM3D continuará evolucionando, eventualmente presentando boquillas que pueden extruir diferentes tintas en diferentes momentos, boquillas más pequeñas para una mayor resolución e inclusomatrices más grandes para la impresión 3D rápida y en un solo paso en una amplia gama de escalas de tamaño y resolución. También están explorando el uso de tintas de sacrificio para crear formas aún más complejas.
"La impresión 3D está revolucionando la industria manufacturera al permitir que las personas creen sin la necesidad de maquinaria costosa y materias primas, y este nuevo avance promete mejorar dramáticamente el ritmo de innovación en esta área emocionante", dijo el Director Fundador de Wyss, Donald Ingber,MD, Ph.D., quien también es profesor de Biología Vascular de Judah Folkman en la Facultad de Medicina de Harvard y del Programa de Biología Vascular en el Hospital de Niños de Boston, así como Profesor de Bioingeniería en SEAS.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Original escrito por Lindsay Brownell. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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