Los objetos hechos con impresión 3D pueden ser más livianos, más fuerte, y más complejos que los producidos mediante métodos de fabricación tradicionales. Pero se deben superar varios desafíos técnicos antes de que la impresión 3D transforme la producción de la mayoría de los dispositivos.

Las impresoras disponibles en el mercado generalmente ofrecen solo alta velocidad, alta precisión, o materiales de alta calidad. Rara vez ofrecen los tres limitando su utilidad como herramienta de fabricación. Hoy dia, La impresión 3-D se utiliza principalmente para la creación de prototipos y la producción de bajo volumen de piezas especializadas.

Ahora Inkbit, una startup del MIT, está trabajando para llevar todos los beneficios de la impresión 3D a una gran cantidad de productos que nunca se han impreso antes, y su objetivo es hacerlo en volúmenes que interrumpirían radicalmente los procesos de producción en una variedad de industrias.

La compañía está logrando esto al combinar su impresora 3D de inyección de tinta multimaterial con sistemas de visión artificial y aprendizaje automático. El sistema de visión escanea exhaustivamente cada capa del objeto a medida que se imprime para corregir errores en tiempo real, mientras que el sistema de aprendizaje automático usa esa información para predecir el comportamiento de deformación de los materiales y hacer productos finales más precisos.

"La empresa nació de la idea de dotar a una impresora 3D de ojos y cerebro, "dice el cofundador y director ejecutivo de Inkbit, Davide Marini, Ph.D. '03.

Esa idea abre una variedad de aplicaciones para la máquina de Inkbit. La compañía dice que puede imprimir materiales más flexibles con mucha más precisión que otras impresoras. Si un objeto, incluyendo un chip de computadora u otro componente electrónico, se coloca en el área de impresión, la máquina puede imprimir con precisión materiales a su alrededor. Y cuando un objeto está completo, la máquina guarda una réplica digital que se puede utilizar para garantizar la calidad.

Inkbit es todavía una empresa en fase inicial. Actualmente tiene una impresora operativa de grado de producción. Pero comenzará a vender productos impresos a finales de este año, comenzando con un piloto con Johnson y Johnson, antes de vender sus impresoras el próximo año. Si Inkbit puede aprovechar el interés actual de las empresas que venden dispositivos médicos, productos de consumo, y componentes automotrices, sus máquinas desempeñarán un papel de producción líder en una serie de mercados multimillonarios en los próximos años, desde alineadores dentales hasta herramientas industriales y mascarillas para la apnea del sueño.

"Todo el mundo sabe que las ventajas de la impresión 3D son enormes, "Dice Marini." Pero la mayoría de la gente está experimentando problemas para adoptarlo. La tecnología todavía no está ahí. Nuestra máquina es la primera que puede aprender las propiedades de un material y predecir su comportamiento. Creo que será transformador porque permitirá a cualquiera pasar de una idea a un producto utilizable de forma extremadamente rápida. Abre oportunidades comerciales para todos ".

Una impresora con potencial

Algunos de los materiales más difíciles de imprimir en la actualidad también son los más utilizados en los procesos de fabricación actuales. Eso incluye materiales similares al caucho como la silicona, y materiales de alta temperatura como epoxi, que se utilizan a menudo para aislar la electrónica y en una variedad de consumidores, salud, y productos industriales.

Estos materiales suelen ser difíciles de imprimir, lo que provoca una distribución desigual y fallas en el proceso de impresión, como obstrucciones. También tienden a encogerse o redondearse en los bordes con el tiempo. Los cofundadores de Inkbit, Wojciech Matusik, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática, Javier Ramos BS '12 SM '14, Wenshou Wang, y Kiril Vidimče SM '14 han estado trabajando en estos problemas durante años en el Grupo de Fabricaciones Computacionales de Matusik dentro del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL).

En 2015, los cofundadores formaban parte de un grupo de investigadores que crearon un Impresora 3D precisa que podría imprimir un récord de 10 materiales a la vez aprovechando la visión artificial. La hazaña llamó la atención de muchas grandes empresas interesadas en realizar la transición de la producción a la impresión 3D, y al año siguiente los cuatro ingenieros recibieron el apoyo del Deshpande Center para comercializar su idea de unir la visión artificial con la impresión 3D.

En el MIT, El grupo de investigación de Matusik utilizó un simple escáner 3D para rastrear el progreso de su máquina. Para la primera impresora de Inkbit, los fundadores querían mejorar drásticamente "los ojos" de su máquina. Decidieron utilizar un escáner de tomografía de coherencia óptica (OCT), que utiliza longitudes de onda de luz largas para ver a través de la superficie de los materiales y escanear capas de material con una resolución de la fracción del ancho de un cabello humano.

Debido a que tradicionalmente los oftalmólogos solo utilizan los escáneres OCT para examinar debajo de la superficie de los ojos de los pacientes, los únicos disponibles eran demasiado lentos para escanear cada capa de una pieza impresa en 3D, por lo que el equipo de Inkbit "se mordió la bala, "como lo describe Marini, y construyó un escáner OCT personalizado que, según él, es 100 veces más rápido que cualquier otra cosa en el mercado actual.

Cuando se imprime y escanea una capa, Los sistemas de aprendizaje automático y visión artificial de propiedad de la empresa corrigen automáticamente cualquier error en tiempo real y compensan proactivamente el comportamiento de deformación y contracción de un material voluble. Esos procesos amplían aún más la gama de materiales con los que la empresa puede imprimir mediante la eliminación de los rodillos y raspadores utilizados por algunas otras impresoras para garantizar la precisión. que tienden a atascarse cuando se utilizan con materiales difíciles de imprimir.

El sistema está diseñado para permitir a los usuarios crear prototipos y fabricar nuevos objetos en la misma máquina. La impresora industrial actual de Inkbit tiene 16 cabezales de impresión para crear piezas multimateriales y un bloque de impresión lo suficientemente grande como para producir cientos de miles de productos del tamaño de un puño cada año (o cantidades más pequeñas de productos más grandes). El diseño de inyección de tinta sin contacto de la máquina significa que aumentar el tamaño de las iteraciones posteriores será tan simple como expandir el bloque de impresión.

"Antes, la gente podría hacer prototipos con impresoras multimaterial, pero realmente no pudieron fabricar piezas finales, "Matusik dice, señalando que el posprocesamiento de las piezas de Inkbit se puede automatizar por completo. "Esto es algo que no es posible con ningún otro método de fabricación".

Las nuevas capacidades de la máquina de Inkbit significan que algunos de los materiales con los que los fundadores quieren imprimir no están disponibles. por lo que la empresa ha creado algunas de sus propias químicas para llevar al límite el rendimiento de sus productos. Un sistema patentado para mezclar dos materiales justo antes de la impresión estará disponible en las impresoras que Inkbit se enviará el próximo año. El sistema de mezcla química de dos partes permitirá a la empresa imprimir una gama más amplia de materiales de grado de ingeniería.

Johnson y Johnson, un socio estratégico de Inkbit, está en proceso de adquirir una de las primeras impresoras. MIT Startup Exchange Accelerator (STEX25) también ha sido fundamental para exponer Inkbit a corporaciones líderes como Amgen, Asics, BAE Systems, Bosch, Chanel, Lockheed Martin, Medtronic, Novartis, y otros.

Hoy dia, los fundadores dedican gran parte de su tiempo a educar a los equipos de diseño de productos que nunca antes habían podido imprimir sus productos en 3D, y mucho menos en incorporar componentes electrónicos en piezas impresas en 3D.

Puede pasar un tiempo antes de que los diseñadores e inventores aprovechen al máximo las posibilidades que ofrece la tecnología integrada, Impresión 3D multimaterial. Pero por ahora, Inkbit está trabajando para garantizar que, cuando llegue ese futuro, las personas más imaginativas tendrán una máquina con la que trabajar.

"Algo de esto está muy adelantado a su tiempo, ", Dice Matusik." Creo que será realmente fascinante ver cómo la gente lo va a utilizar para los productos finales ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.