Esta impresora 3D ‘fabrica’ vidrio

El desarrollo de nuevos compuestos posibilita el uso de cada vez más materiales en las impresoras 3D convencionales, desde plásticos y resinas, las más comunes, pasando por compuestos flexibles adecuados para fabricar prótesis y también tejidos y metal, entre otros. Hasta ahora la impresión 3D con materiales como la cerámica o el vidrio siguen siendo un asunto pendiente. Ambos materiales son difíciles de imprimir en 3D en gran medida debido a las altas temperaturas que son necesarias, de más de 1000°, para que adquieran el estado líquido que permita su uso en una impresora. Normalmente el plástico PVC y las resinas empleadas en impresión 3D se calientan a entre 80 y 150°.

Hasta la fecha se han desarrollado diversos procesos para aplicar el vidrio a la fabricación por adición. Desde métodos artesanales que utilizan lentes y el calor del sol a brazos robot provistos de sopletes que funden el vidrio a la vez que lo depositan sobre la superficie de impresión y hasta la adaptación de métodos tradicionales. Ninguno de ellos, sin embargo, ha servido para producir hasta ahora vidrio de suficiente calidad, según The New Tork Times.

Recientemente un grupo de investigadores alemanes ha desarrollado un método para la impresión de vidrio que por primera vez prescinde del uso de altas temperaturas durante el proceso de impresión, según han publicado en Nature: “El vidrio es uno de los materiales más usados en la investigación científica, en la sociedad y en la industria, principalmente debido a su inigualable grado de transparencia óptica, su resistencia mecánica, química y térmica y por su propiedades aislantes.”

Sin embargo obtener vidrio modelado de alta pureza requiere procesos de producción complejos que incluyen el uso de compuestos químicos como ácidos y altas temperaturas. “Estos inconvenientes dificultan la fabricación de objetos de vidrio con tecnologías como la impresión 3D”, explican los investigadores.

Los investigadores han desarrollado un nanocompuesto de fundición que permite la impresión 3D de “vidrio de alta calidad, no poroso y transparente”

Para lograrlo, los investigadores han desarrollado un nanocompuesto de fundición que permite la impresión 3D de “vidrio de alta calidad, no poroso y transparente” empleando una impresora 3D estereolitografica, un método de fabricación que utiliza la luz ultravioleta para solidificar el compuesto con una precisión (o “resolución”) de unas pocas decenas de micras, dependiendo de la impresora empleada.

El compuesto usado para la impresión contiene nanopartículas de sílice, vidrio en polvo, suspendido en un líquido que es similar a la resina líquida usada habitualmente en estas impresoras. De este modo el proceso de impresión no varía: una haz de luz ultravioleta solidifica el líquido capa por capa resultando en una figura tridimensional sólida. Una vez impresa hay que calentar la figura en un horno para eliminar el material sobrante (la resina) y convertir las nanopartículas de sílice en vidrio.

“Añadiendo sales metálicas se puede obtener vidrio de diferentes colores”, explican los investigadores. “Este método amplía la posibilidad de los materiales empleados en la impresión 3D, permitiendo la creación de macro y microestructuras complejas en vidrio con numerosas aplicaciones tanto en la industria como en el mundo académico y artístico.”

El año pasado un grupo de químicos del laboratorio HRL en California aplicó este mismo método de impresión añadiendo nanopartículas de minerales cerámicos al polímero líquido para imprimir en 3D objetos de cerámica. Como el vidrio, la cerámica es un material que también cuenta con numerosas propiedades provechosas (entre otras: resistencia mecánica y a la fricción y alta resistencia a temperaturas extremas). Pero igual que sucede con el vidrio la cerámica tampoco facilita la creación de formas complejas o intrincadas mediante los métodos tradicionales de fabricación.

De igual modo este proceso de impresión recurre a una impresora estereolitografica para dar forma al objeto tridimensional. Después la figura sólida resultante se calienta en un horno donde se cuecen los componentes orgánicos del polímero y el silicio y resto de minerales se convierten en cerámica. Las piezas impresas en 3D con materiales cerámicos tienen numerosas aplicaciones, desde partes para motores de aviones a componentes electrónicos y microchips”, según los investigadores y la resistencia térmica de la estructura resultante de este proceso llega hasta los 1700°.