La impresión 3D ha revolucionado los campos de la salud, Ingeniería Biomédica, fabricación y diseño de arte.

Se han obtenido aplicaciones exitosas 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 múltiples materiales.

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 3-D que utiliza patrones de luz visible y ultravioleta para dictar cuál de los dos monómeros se polimeriza para formar un material sólido. Los diferentes 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 con el que pintar, "dice el profesor de química de la UW-Madison A.J. Boydston, quien dirigió el trabajo reciente con su estudiante de posgrado Johanna Schwartz. "El campo necesita una paleta de colores completa".

Boydston y Schwartz sabían que los materiales de impresión mejorados requerían un enfoque químico para complementar los avances de la ingeniería.

"Este es un cambio en la forma en que pensamos sobre la impresión 3D con varios tipos de materiales en un objeto, ", Dice Boydston." Este es más un enfoque de químico de abajo hacia arriba, de moléculas a redes ".

La impresión 3-D es el proceso de crear objetos sólidos tridimensionales 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 múltiples materiales utilizan depósitos de materiales separados para colocar diferentes materiales en las posiciones correctas.

Pero Boydston se dio cuenta de que una tina, El enfoque de componentes múltiples, similar al enfoque de un solo 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 diferentes longitudes de onda de luz para controlar qué materiales de partida polimerizan en diferentes secciones del producto sólido. Esos materiales de partida comienzan como sustancias químicas simples, conocidos como monómeros, que se polimerizan juntos en una cadena más larga de productos químicos, como cómo se hace el plástico.

"Si puede diseñar un elemento en PowerPoint con diferentes colores, luego podemos imprimirlo con diferentes composiciones basadas en esos colores, "Dice Schwartz.

Los investigadores crean múltiples imágenes digitales que, cuando se apilan, producir un diseño tridimensional. Las imágenes controlan si se utiliza luz ultravioleta o visible para polimerizar los materiales de partida, que controla el material final y sus propiedades, como rigidez. Los investigadores dirigen simultáneamente la luz de dos proyectores hacia una tina de materias primas líquidas, 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 principal obstáculo al que se enfrentaron Boydston y Schwartz fue optimizar la química de los materiales de partida. Primero consideraron cómo se comportarían los dos monómeros juntos en una cubeta. También tenían que asegurarse de que los monómeros tuvieran tiempos de curado similares para que los materiales duros y blandos dentro de cada capa terminaran de secarse aproximadamente al mismo tiempo.

Con la química adecuada en su lugar, Boydston y Schwartz ahora podían dictar exactamente dónde se curaba cada monómero dentro del objeto impreso mediante el uso de luz ultravioleta o visible.

"En este punto, Solo hemos logrado colocar materiales duros junto a 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 formar un equipo interdisciplinario que pueda aumentar el impacto de Impresión 3D de varios materiales.

El enfoque novedoso de los investigadores para la impresión 3D multimaterial podría permitir a los diseñadores, artistas ingenieros y científicos para crear sistemas significativamente más complejos con impresión 3D. Las aplicaciones podrían incluir la creación de dispositivos médicos personalizados, como prótesis, o el desarrollo de órganos y tejidos simulados. Los estudiantes de medicina podrían usar estos órganos sintéticos para entrenar en lugar de, o antes de trabajar con, pacientes vivos.

El uso de 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 la química y la ingeniería la que impulsará el campo a nuevas alturas, "Dice Schwartz.