Una nueva impresora 3D basada en la luz podría crear herramientas de la nave espacial en gravedad cero

Una nueva técnica de impresión en 3D promete fabricar objetos utilizando rayos de luz, ayudando a todo tipo de profesionales, desde zoólogos hasta personas a bordo de naves espaciales que necesitan hacer herramientas en gravedad cero.

La técnica, descrita en un artículo publicado el jueves en la revista. Ciencia, implica el brillo de los rayos de luz sobre un líquido amarillo sensible a la luz para crear objetos sólidos. Así es como funciona esta nueva técnica: los científicos crean un modelo 3D del objeto que desean, crean una película y usan un proyector para transmitir la información a un cilindro giratorio. La naturaleza del líquido significa que los usuarios pueden encerrar otros objetos en resina; La creación de un destornillador alrededor de una pieza de metal es un ejemplo de ello.

Hayden Taylor, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de California y autor principal de un artículo, cuenta Inverso Esta nueva técnica de impresión 3D utiliza el hardware existente pero hace un uso más sofisticado de su software.

"El aparato requerido para el nuevo proceso es intrínsecamente simple: requiere un proyector de video, que podría ser un proyector estándar disponible en el mercado, y un volumen de rotación constante del material sensible a la luz", dice Taylor. La parte difícil, explica, son los cálculos utilizados para traducir el modelo 3D a un video, pero incluso eso "se puede realizar con una computadora personal si es necesario".

La impresora fue diseñada al observar tomografías computarizadas, que los médicos utilizan para detectar tumores mediante el envío de ondas electromagnéticas al cuerpo. El equipo tuvo que calcular la cantidad de luz que se enviaría y cuándo rotaría la resina con el cilindro lleno. Cuando la luz incide en la resina, las moléculas fotosensibles agotan el oxígeno disuelto para crear una estructura sólida. El material sobrante es reutilizable para otros proyectos, y el método prácticamente no genera desperdicio.

Ocurre en un momento en que la impresión en 3D está experimentando un renacimiento, luego del gran despliegue masivo en el área en 2013. Solo en los últimos dos meses, investigadores de la Universidad de Columbia descubrieron una forma de imprimir en madera en 3D, otro equipo demostró cómo los usuarios pueden cree una escena de boda completa, y los investigadores de la Universidad de Michigan han creado un método que puede imprimir objetos 100 veces más rápido que antes.

Las impresoras 3D típicas tienden a funcionar como sus contrapartes en papel, colocando capas de plástico ABS o ácido poliláctico para formar objetos gradualmente. Esta técnica, conocida como modelado de deposición fundida, tiende a producir objetos a alta velocidad pero con baja precisión.

"No imprimimos capa por capa, como es tradicional", dice Taylor. "En algunos otros procesos, el uso de capas corre el riesgo de introducir vacíos o defectos internos y da como resultado una superficie menos que lisa, lo que puede reducir la resistencia o hacer que la resistencia sea altamente direccional".

Una técnica alternativa, conocida como estereolitografía, utilizada por el equipo de la Universidad de Michigan, utiliza un láser ultravioleta para crear un objeto en resina. Suena similar a la técnica utilizada por el equipo de Taylor - apodado litografia axial computada - Pero hay algunas diferencias interesantes entre las técnicas en esta nueva era de la impresión 3D.

"No dibujamos el componente en línea recta, sino que giramos el volumen de impresión en relación con la fuente de luz", dice Taylor. “Esto significa que realmente podemos crear todos los puntos de un objeto 3D simultáneamente, en lugar de secuencialmente.

“Además, en nuestro proceso, no hay movimiento del objeto impreso en relación con el material circundante durante la impresión. Este es un aspecto sin precedentes de nuestro enfoque que nos permite imprimir en materiales de viscosidad excepcionalmente alta y elimina las limitaciones de velocidad de impresión que se pueden imponer en otros procesos mediante el flujo de fluidos ".

Cómo se podría usar esta nueva técnica a bordo de naves espaciales

La técnica podría incluso ser beneficiosa para los astronautas en el espacio. Taylor dice que es "ciertamente concebible que las partes hechas por litografía axial computarizada se puedan usar en el espacio", y agregó que "yo especularía que la ingravidez podría ser un beneficio adicional para el proceso".

El principal problema con el uso de CAL en la Tierra es que el objeto puede hundirse en la resina a medida que se procesa. El equipo ha diseñado la resina para que el objeto no se hunda durante el proceso de impresión en ninguna distancia medible, pero trabajar en gravedad reducida podría hacer que ese cambio sea aún más pequeño.

Si Elon Musk y similares logran su sueño de enviar humanos a Marte y comenzar una colonia, quizás envíen a sus exploradores al planeta rojo con un proyector y una tina gigante de resina, listos para elaborar sus propias herramientas. Al menos tendrían algo para usar para ver películas.

Lea el resumen del artículo, titulado “Fabricación de aditivos volumétricos mediante reconstrucción tomográfica”, a continuación:

La fabricación aditiva promete una enorme libertad geométrica y el potencial de combinar materiales para funciones complejas. La velocidad, la geometría y las limitaciones de calidad de la superficie de los procesos aditivos están relacionadas con la dependencia de la estratificación de materiales. Demostramos la impresión concurrente de todos los puntos dentro de un objeto tridimensional al iluminar un volumen giratorio de material fotosensible con un patrón de luz en evolución dinámica. Imprimimos características tan pequeñas como 0,3 mm en polímeros de acrilato de ingeniería, además de imprimir estructuras blandas con superficies excepcionalmente suaves en un hidrogel de metacrilato de gelatina. Nuestro proceso nos permite construir componentes que encierran otros objetos sólidos preexistentes, lo que permite la fabricación de materiales múltiples. Desarrollamos modelos para describir la velocidad y las capacidades de resolución espacial. También demostramos tiempos de impresión de 30-120 s para diversos objetos de escala centimétrica.