Nueva técnica de impresión 3D lista para avanzar ma

Jan 31, 2024

Universidad Heriot-Watt

imagen: Fotografía del Dr. José Marques-Huesover más

Crédito: Universidad Heriot-Watt

Los científicos han desarrollado una técnica avanzada para la impresión 3D que revolucionará la industria manufacturera.

El grupo, dirigido por el Dr. José Marques-Hueso del Instituto de Sensores, Señales y Sistemas de la Universidad Heriot-Watt de Edimburgo, ha creado un nuevo método de impresión 3D que utiliza luz infrarroja cercana (NIR) para crear estructuras complejas que contienen múltiples materiales y colores.

Lo lograron modificando un proceso de impresión 3D bien establecido conocido como estereolitografía para ampliar los límites de la integración de múltiples materiales. Una impresora 3D convencional normalmente aplicaría un láser azul o UV a una resina líquida que luego se solidifica selectivamente, capa por capa, para construir el objeto deseado. Pero un gran inconveniente de este enfoque han sido las limitaciones en la mezcla de materiales.

Lo que es diferente en este último proyecto es que los científicos usan una fuente de luz NIR capaz de imprimir a profundidades mucho mayores en el tanque de resina y sin la necesidad de imprimir en capas.

Los hallazgos brindan enormes oportunidades para la industria, en particular aquellas que dependen de piezas especializadas, como en los sectores de la salud y la electricidad.

El Dr. Marques-Hueso explica: "La novedad de nuestro nuevo método, que nunca antes se había hecho, es utilizar las ventanas de invisibilidad NIR de materiales para imprimir a una profundidad de más de 5 cm, mientras que la tecnología convencional tiene un límite de profundidad de alrededor 0,1 mm Esto significa que puede imprimir con un material y luego agregar un segundo material, solidificándolo en cualquier posición del espacio 3D, y no solo en la parte superior de las superficies exteriores.

"Por ejemplo, podemos imprimir un cubo hueco que en su mayoría está sellado por todos lados. Luego podemos volver más tarde e imprimir un objeto, hecho de un material completamente diferente, dentro de esta caja, porque el láser NIR penetrará a través del material anterior. como si fuera invisible, porque de hecho es completamente transparente en el NIR".

El Dr. Adilet Zhakeyev, investigador de doctorado en la Universidad Heriot-Watt que ha trabajado en el proyecto durante casi tres años, agrega: "La tecnología Fused Deposition Modeling (FDM) ya podía entremezclar materiales, pero FDM tiene una resolución baja, donde el las capas son visibles, mientras que las tecnologías basadas en la luz, como la estereolitografía, pueden proporcionar muestras uniformes con resoluciones inferiores a cinco micrómetros".

Los científicos dicen que un componente clave de su proyecto ha sido el desarrollo de resinas de ingeniería que contienen nanopartículas que exhiben el fenómeno de conversión ascendente óptica. Estas nanopartículas absorben los fotones NIR y los transforman en fotones azules, que solidifican la resina. Esta ocurrencia es 'no lineal', lo que significa que puede obtener los fotones azules principalmente en el foco del láser, y no en el camino a través de él. Por esta razón, el NIR puede penetrar profundamente en el material como si fuera transparente y solidificar solo el material interior.

El nuevo método de impresión 3D permite imprimir múltiples materiales con diferentes propiedades en la misma muestra, por ejemplo, elastómeros flexibles y acrílico rígido, útiles para muchas empresas, como la producción de calzado. La técnica abre una gran variedad de nuevas posibilidades, que incluyen la impresión 3D de objetos dentro de las cavidades, la restauración de objetos rotos e incluso la bioimpresión in situ a través de la piel.

"En el mismo proyecto de investigación, habíamos desarrollado previamente una resina que se puede recubrir de forma selectiva con cobre", continúa el Dr. Marques-Hueso.

"Combinando ambas tecnologías, ahora podemos imprimir en 3D con dos resinas diferentes y cubrir selectivamente solo una de ellas con cobre usando un baño de solución de recubrimiento simple. De esta manera, podemos crear circuitos integrados en 3D, lo cual es muy útil para la industria electrónica". ."

A pesar de que esta tecnología ofrece una visión emocionante del futuro, los costos son sorprendentemente bajos.

El Dr. Marques-Hueso dijo: "Una clara ventaja de esta técnica es que la máquina completa se puede construir por menos de 400 libras esterlinas. Algunas otras tecnologías avanzadas que usan láseres, como la polimerización de dos fotones (2PP), requieren costosos láseres ultrarrápidos en del orden de decenas de miles de libras, pero este no es nuestro caso porque nuestros materiales especializados permiten el uso de láseres económicos".

Terminó: "Ahora que tenemos resultados para respaldar nuestras afirmaciones, esperamos asociarnos con empresas y desarrollar aún más esta tecnología".

El proyecto, titulado Multimaterial Stereolithography by Crosslinking through Luminescence Excitation, ha recibido una financiación de 280 000 libras esterlinas del Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC). Sus hallazgos han sido publicados en las revistas Applied Materials Today.

Materiales aplicados hoy

10.1016/j.apmt.2023.101854

Estereolitografía multimaterial por reticulación mediante excitación de luminiscencia

30-may-2023

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