Los investigadores de la Northwestern University han desarrollado un nuevo Impresora 3D futurista que es tan grande y tan rápida que puede imprimir un objeto del tamaño de un humano adulto en solo un par de horas.

Llamado HARP (impresión rápida de área alta), la nueva tecnología permite un rendimiento récord que puede fabricar productos bajo demanda. Durante los últimos 30 años, la mayoría de los esfuerzos en la impresión 3D se han dirigido a superar los límites de las tecnologías heredadas. A menudo, la búsqueda de piezas más grandes se ha producido a costa de la velocidad, rendimiento y resolución. Con tecnología HARP, este compromiso es innecesario, permitiéndole competir tanto con la resolución como con el rendimiento de las técnicas de fabricación tradicionales.

El prototipo de la tecnología HARP mide 13 pies de alto con una plataforma de impresión de 6.25 pies cuadrados y puede imprimir aproximadamente media yarda en una hora, un rendimiento récord para el campo de la impresión 3D. Esto significa que puede imprimir solo, piezas grandes o muchas piezas pequeñas diferentes a la vez.

"La impresión 3D es conceptualmente poderosa, pero prácticamente ha sido limitada, "dijo Chad A. Mirkin de Northwestern, quien lideró el desarrollo del producto. "Si pudiéramos imprimir rápido sin limitaciones de materiales y tamaño, podríamos revolucionar la fabricación. HARP está preparado para hacer eso ".

Mirkin predice que HARP estará disponible comercialmente en los próximos 18 meses.

El trabajo se publicará el 18 de octubre en la revista Ciencias . Mirkin es profesor de química George B. Rathmann en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y director del Instituto Internacional de Nanotecnología. David Walker y James Hedrick, ambos investigadores en el laboratorio de Mirkin, fue coautor del artículo.

Manteniéndolo fresco

HARP usa un nuevo, versión pendiente de patente de estereolitografía, un tipo de impresión 3D que convierte el plástico líquido en objetos sólidos. HARP imprime verticalmente y utiliza luz ultravioleta proyectada para curar las resinas líquidas en plástico endurecido. Este proceso puede imprimir piezas que son duras, elástica o incluso cerámica. Estas piezas continuamente impresas son mecánicamente robustas a diferencia de las estructuras laminadas comunes a otras tecnologías de impresión 3D. Se pueden utilizar como piezas de automóviles, aviones, odontología, ortesis, moda y mucho más.

Un factor limitante importante para las impresoras 3D actuales es el calor. Todas las impresoras 3D a base de resina generan mucho calor cuando funcionan a altas velocidades, que a veces superan los 180 grados Celsius. Esto no solo conduce a temperaturas de superficie peligrosamente calientes, también puede hacer que las piezas impresas se agrieten y deformen. Cuanto más rápido es más calor genera la impresora. Y si es grande y rápido el calor es increíblemente intenso.

Este problema ha convencido a la mayoría de las empresas de impresión 3D de seguir siendo pequeñas. "Cuando estas impresoras funcionan a altas velocidades, se genera una gran cantidad de calor a partir de la polimerización de la resina, "Dijo Walker." No tienen forma de disiparlo ".

'Teflón líquido'

La tecnología Northwestern evita este problema con un líquido antiadherente que se comporta como el teflón líquido. HARP proyecta luz a través de una ventana para solidificar la resina en la parte superior de una placa que se mueve verticalmente. El teflón líquido fluye sobre la ventana para eliminar el calor y luego lo hace circular a través de una unidad de enfriamiento.

"Nuestra tecnología genera calor al igual que las demás, "Dijo Mirkin." Pero tenemos una interfaz que elimina el calor ".

"La interfaz también es antiadherente, que evita que la resina se adhiera a la propia impresora, —Añadió Hedrick—. Esto aumenta cien veces la velocidad de la impresora porque las partes no tienen que ser cortadas repetidamente desde el fondo de la tina de impresión.

Adiós, almacenes

Los métodos de fabricación actuales pueden ser procesos engorrosos. A menudo requieren el llenado de moldes prediseñados, que son caras, estática y ocupan un valioso espacio de almacenamiento. Usando moldes, los fabricantes imprimen piezas por adelantado, a menudo adivinando cuántas podrían necesitar, y las almacenan en almacenes gigantes.

Aunque la impresión 3D está pasando de la creación de prototipos a la fabricación, El tamaño y la velocidad de las impresoras 3D actuales las han limitado a la producción de lotes pequeños. HARP es la primera impresora que puede manejar lotes grandes y piezas grandes además de piezas pequeñas.

"Cuando puede imprimir rápido y a gran tamaño, realmente puede cambiar la forma en que pensamos sobre la fabricación, "Dijo Mirkin." Con HARP, puedes construir lo que quieras sin moldes y sin un almacén lleno de piezas. Puede imprimir cualquier cosa que pueda imaginar bajo demanda ".

El más grande de su clase

Mientras que otras tecnologías de impresión han ralentizado o reducido su resolución para crecer, HARP no hace tales concesiones.

"Obviamente, existen muchos tipos de impresoras 3D:ves que las impresoras hacen edificios, puentes y carrocerías, y, a la inversa, ves impresoras que pueden fabricar piezas pequeñas con resoluciones muy altas, Walker dijo:"Estamos entusiasmados porque esta es la impresora más grande y de mayor rendimiento de su clase".

Los impresores de la escala HARP a menudo producen piezas que deben lijarse o mecanizarse hasta su geometría final. Esto agrega un gran costo de mano de obra al proceso de producción. HARP pertenece a una clase de impresoras 3D que utiliza patrones de luz de alta resolución para lograr piezas listas para usar sin un procesamiento posterior extenso. El resultado es una ruta comercialmente viable para la fabricación de bienes de consumo.

Nano va a lo grande

Un experto de renombre mundial en nanotecnología, Mirkin inventó la impresora más pequeña del mundo en 1999. Llamada nanolitografía con bolígrafo, la tecnología utiliza un bolígrafo diminuto para modelar características a nanoescala. Luego hizo la transición a una serie de pequeños bolígrafos que canalizan la luz a través de cada bolígrafo para generar localmente características a partir de materiales fotosensibles. La interfaz antiadherente especial utilizada en HARP se originó mientras se trabajaba para desarrollar esta tecnología en una impresora 3D a nanoescala.

"Desde un punto de vista volumétrico, hemos abarcado más de 18 órdenes de magnitud, "Dijo Mirkin.

El estudio, "Rápido, gran volumen, Impresión 3D con control térmico mediante una interfaz líquida móvil, "fue apoyado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (número de premio FA9550-16-1-0150), el Departamento de Energía de EE. UU. (número de concesión DE-SC0000989) y la Fundación Sherman Fairchild.