Un nuevo método desarrollado por investigadores del MIT utiliza impresoras 3D estándar para producir dispositivos que funcionen con la electrónica ya incorporada. Los dispositivos están hechos de fibras que contienen múltiples materiales interconectados, que puede iluminarse, sentir su entorno, almacenar energía, o realizar otras acciones.

El nuevo método de impresión 3D se describe en la revista Comunicaciones de la naturaleza , en un artículo del estudiante de doctorado del MIT Gabriel Loke, los profesores John Joannopoulos y Yoel Fink, y otros cuatro en el MIT y en otros lugares.

El sistema utiliza impresoras 3D convencionales equipadas con una boquilla especial y un nuevo tipo de filamento para reemplazar el filamento de polímero de un solo material habitual. que normalmente se derrite por completo antes de ser extruido de la boquilla de la impresora. El nuevo filamento de los investigadores tiene una estructura interna compleja formada por diferentes materiales dispuestos en una configuración precisa, y está rodeado por un revestimiento de polímero en el exterior.

En la nueva impresora, la boquilla funciona a una temperatura más baja y tira del filamento a través de impresoras convencionales más rápido, de modo que solo su capa exterior se derrite parcialmente. El interior se mantiene fresco y sólido con sus funciones electrónicas integradas no afectadas. De este modo, la superficie se derrite lo suficiente para que se adhiera sólidamente a los filamentos adyacentes durante el proceso de impresión, para producir una estructura tridimensional resistente.

Los componentes internos del filamento incluyen alambres de metal que sirven como conductores, semiconductores que se pueden utilizar para controlar funciones activas, y aislantes de polímero para evitar que los cables entren en contacto entre sí. Como demostración, el equipo imprimió un ala para un modelo de avión, utilizando filamentos que contenían componentes electrónicos emisores de luz y de detección de luz. Estos componentes podrían potencialmente revelar la formación de grietas microscópicas que pudieran desarrollarse.

Si bien los filamentos utilizados en el modelo de ala contenían ocho materiales diferentes, Loke dice que en principio podrían contener aún más. Hasta este trabajo él dice, "una impresora capaz de depositar metales, semiconductores, y los polímeros en una sola plataforma aún no existían, porque la impresión de cada uno de estos materiales requiere hardware y técnicas diferentes ".

Este método es hasta tres veces más rápido que cualquier otro enfoque actual para fabricar dispositivos 3-D, Loke dice:y como con todas las impresoras 3D, ofrece mucha más flexibilidad con respecto a los tipos de formas que se pueden producir que los métodos de fabricación típicos. "Único en la impresión 3D, este enfoque es capaz de construir dispositivos de cualquier forma libre, que no se pueden lograr con ningún otro método hasta ahora, " él dice.

El método hace uso de fibras estiradas térmicamente que contienen una variedad de materiales diferentes incrustados en ellas, un proceso que Fink y sus colaboradores vienen perfeccionando desde hace dos décadas. Han creado una serie de fibras que tienen componentes electrónicos en su interior, haciendo que las fibras puedan realizar una variedad de funciones. Por ejemplo, para aplicaciones de comunicaciones, las luces intermitentes pueden transmitir datos que luego son recogidos por otras fibras que contienen sensores de luz. Este enfoque ha producido por primera vez fibras, y telas tejidas con ellos, que tienen estas funciones integradas.

Ahora, Este nuevo proceso hace que toda esta familia de fibras esté disponible como materia prima para producir dispositivos funcionales en 3-D que pueden detectar, comunicar, o almacenar energía, entre otras acciones.

Para hacer las propias fibras, los diferentes materiales se ensamblan inicialmente en una versión a mayor escala llamada preforma, que luego se calienta y se estira en un horno para producir una fibra muy estrecha que contiene todos esos materiales, en sus mismas posiciones relativas exactas pero de tamaño muy reducido.

El método podría desarrollarse aún más para producir una variedad de diferentes tipos de dispositivos, especialmente para aplicaciones donde la capacidad de personalizar con precisión cada dispositivo es esencial. Una de esas áreas es para dispositivos biomédicos, donde puede ser importante hacer coincidir el dispositivo con el propio cuerpo del paciente, dice Fink, quien es profesor de ciencia de materiales, así como de ingeniería eléctrica e informática y director ejecutivo de Advanced Functional Fabrics of America, una organización sin fines de lucro.

Por ejemplo, algún día las prótesis podrían imprimirse con este método, no solo coincidir con las dimensiones y contornos precisos de la extremidad del paciente, pero con toda la electrónica para monitorear y controlar la extremidad incrustada en su lugar.

A través de los años, el grupo ha desarrollado una amplia gama de fibras que contienen diferentes materiales y funcionalidades. Loke dice que prácticamente todos estos se pueden adaptar para la nueva técnica de impresión 3-D, haciendo posible imprimir objetos con una amplia variedad de diferentes combinaciones de materiales y funciones. El dispositivo utiliza un tipo estándar de impresora 3-D conocida como impresora de modelado de deposición fundida (FDM), que ya se encuentra en muchos laboratorios, oficinas e incluso hogares.

Una aplicación que podría ser posible en el futuro sería imprimir materiales para implantes biomédicos que proporcionarían un andamiaje para el crecimiento de nuevas células para reemplazar un órgano dañado. e incluir dentro de él sensores para monitorear el progreso de ese crecimiento.

El nuevo método también podría ser útil para la creación de prototipos de dispositivos, que ya es una aplicación importante para la impresión 3D. pero en este caso los prototipos tendrían funcionalidad real, en lugar de ser modelos estáticos.

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.