Desde alunizajes hasta teléfonos móviles, muchas de las visiones inverosímiles de la ciencia ficción se han transformado en realidad. En el último ejemplo de esta tendencia, Los científicos informan que han desarrollado una poderosa impresora que podría agilizar la creación de estructuras autoensambladas que pueden cambiar de forma después de ser expuestas al calor y otros estímulos. Dicen que esta tecnología única podría acelerar el uso de la impresión 4-D en la industria aeroespacial, medicina y otras industrias.

Los investigadores presentan su trabajo hoy en la 255ª Reunión y Exposición Nacional de la Sociedad Química Estadounidense (ACS).

"Estamos a punto de crear una nueva generación de dispositivos que podrían expandir enormemente las aplicaciones prácticas para la impresión 3-D y 4-D, "H. Jerry Qi, Doctor., dice. "Nuestro prototipo de impresora integra muchas funciones que parecen simplificar y acelerar los procesos utilizados en la impresión 3D tradicional. Como resultado, podemos utilizar una variedad de materiales para crear componentes duros y blandos al mismo tiempo, incorporar cableado conductor directamente en estructuras que cambian de forma, y, en última instancia, preparó el escenario para el desarrollo de una serie de productos 4-D que podrían remodelar nuestro mundo ".

La impresión 4-D es una tecnología emergente que permite que los componentes impresos en 3D cambien su forma con el tiempo después de la exposición al calor. luz, humedad y otros factores ambientales desencadenantes. Sin embargo, La impresión 4-D sigue siendo un desafío, en parte porque a menudo se requieren pasos de posprocesamiento complejos y que requieren mucho tiempo para programar mecánicamente cada componente. Además, muchas imprentas comerciales solo pueden imprimir estructuras 4-D compuestas de un solo material.

El año pasado, Qi y sus colegas del Instituto de Tecnología de Georgia, en colaboración con científicos de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur, usó un compuesto hecho de acrílico y epoxi junto con una impresora comercial y una fuente de calor para crear objetos 4-D, como una flor que puede cerrar sus pétalos o una estrella que se transforma en una cúpula. Estos objetos transformaron la forma hasta un 90 por ciento más rápido de lo que era posible anteriormente porque los científicos incorporaron los tediosos pasos de programación mecánica directamente en el proceso de impresión 3-D. Sobre la base de este trabajo, los investigadores buscaron desarrollar una impresora todo en uno para abordar otros desafíos de la impresión 4-D y acercar la tecnología a la aplicación práctica.

La máquina que finalmente idearon combina cuatro técnicas de impresión diferentes, incluyendo aerosol, chorro de tinta, escritura de tinta directa y modelado de deposición fundida. Puede manejar una multitud de materiales rígidos y elásticos, incluidos hidrogeles, tintas conductoras a base de nanopartículas de plata, elastómeros de cristal líquido y polímeros con memoria de forma, o SMP. SMP, cuáles son las sustancias más comúnmente utilizadas en la impresión 4-D, se puede programar para "recordar" una forma y luego transformarse en ella cuando se calienta. Con esta nueva tecnología, los investigadores pueden imprimir SMP de mayor calidad capaces de realizar cambios de forma más intrincados que en el pasado, abriendo la puerta a una multitud de aplicaciones y diseños funcionales 4-D.

Los investigadores también pueden utilizar la impresora para proyectar una gama de blancos, tonos de luz grises o negros para formar y curar un componente en un sólido. Esta iluminación en escala de grises desencadena una reacción de reticulación que puede alterar el comportamiento del componente, dependiendo de la escala de grises de la sombra que brille sobre ella. Entonces, por ejemplo, un tono claro más brillante crea una parte que es más dura, mientras que un tono más oscuro produce una parte más suave. Como resultado, estos componentes pueden doblarse o estirarse de manera diferente a otras partes de la estructura 4-D que los rodea.

La impresora puede incluso crear cableado eléctrico que se puede imprimir directamente en una antena, sensor u otro dispositivo eléctrico. El proceso se basa en un método de escritura de tinta directa para producir una línea de tinta de nanopartículas de plata. Una unidad de curado fotónico seca y fusiona las nanopartículas para formar un cable conductor. Luego, El componente de inyección de tinta de la impresora crea el revestimiento de plástico que recubre el cable.

En la actualidad, El equipo de Qi también está trabajando con Children's Healthcare of Atlanta para determinar si esta nueva tecnología podría imprimir prótesis de manos para niños que nacen con brazos malformados.

"Solo un pequeño grupo de niños tiene esta afección, por lo que no tiene mucho interés comercial y la mayoría de los seguros no cubren los gastos, ", Dice Qi." Pero estos niños tienen muchos desafíos en su vida diaria, y esperamos que nuestra nueva impresora 4-D les ayude a superar algunas de estas dificultades ".