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Jun 14, 2023

Una forma pegajosa de imprimir plásticos en 3D

El uso de plásticos para la producción en masa se remonta a la década de 1860 y John

El uso de plásticos para la producción en masa se remonta a la década de 1860 y John Wesley Hyatt, un impresor de Albany, Nueva York. Hyatt estaba respondiendo a la oferta de una recompensa de $ 10,000 a cualquiera que pudiera encontrar una forma alternativa de hacer bolas de billar, que en esos días estaban talladas en marfil, un producto que escaseaba. Su solución fue darles forma bombeando un plástico sintético fundido llamado celuloide en un molde.

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Aunque parece que Hyatt nunca recibió el premio, el proceso que inventó, el moldeo por inyección, se convirtió en la forma en que se fabrican la mayoría de los artículos de plástico. Al menos lo fueron hasta la aparición a principios de la década de 1980 de la fabricación aditiva, conocida popularmente como impresión 3D. Las máquinas que pueden imprimir cosas en plástico se han vuelto cada vez más capaces, produciendo objetos que van desde juguetes hasta implantes médicos y componentes para automóviles, drones y aviones.

Ahora se está gestando otro avance. bcn3d Technologies, un productor español de impresoras 3d, ha desarrollado una nueva forma de impresión de plástico que denomina fabricación de litografía viscosa (vlm). De unas 500 firmas iniciales que dijeron estar dispuestas a probar la idea, bcn3d ha reducido el número a 20 grandes fabricantes de industrias como la automovilística, la electrónica y la ingeniería. Estos ahora están trabajando en aplicaciones potenciales en la base de la compañía en Barcelona. El plan es que a principios del próximo año instalen máquinas vlm en sus fábricas de todo el mundo antes de que las impresoras salgan a la venta en general en 2024.

Las impresoras 3D pueden fabricar objetos de plástico de varias maneras. Una técnica ampliamente utilizada involucra un cabezal de extrusión que traza líneas de polímero fundido en una placa de construcción. Una vez que la primera capa está lista, la placa se mueve un poco hacia abajo, se agrega una segunda capa encima de la primera, y así sucesivamente. Las máquinas más recientes proyectan un patrón de luz ultravioleta (uv) en un recipiente de resina líquida fotosensible para curar y solidificar las capas necesarias para crear un objeto. Luego, una placa de construcción saca el objeto de la tina de manera constante.

Es este segundo enfoque en el que vlm se basa, por así decirlo, aunque el proceso funciona más como una impresora de pantalla al revés. La máquina consta de un par de depósitos de resina líquida, uno a cada lado de una placa de construcción. Por encima de todo esto se encuentra una pantalla transparente que se mueve de un lado a otro. Cuando un lado de la pantalla está sobre un depósito, un rodillo cubre su parte inferior con una fina película de resina. Al mismo tiempo, el lado adyacente de la pantalla, que ya ha sido revestido en el segundo depósito, se coloca sobre la placa de construcción.

Luego, la placa se eleva para hacer contacto con la película de resina en esta parte de la pantalla. Un patrón de luz ultravioleta de un LCD se proyecta a través de la pantalla desde arriba para curar la resina en áreas particulares, lo que permite que una capa completa se solidifique de una sola vez. A medida que se baja la placa de construcción, esta capa se despega. La parte pelada de la pantalla luego se desliza hacia su depósito, donde se recupera la resina no utilizada para reutilizarla, y el otro lado de la pantalla recién revestido se somete al mismo proceso de curado ultravioleta y pelado. Y así continúa el proceso, de ida y vuelta, hasta que se completa el objeto.

Uno de los beneficios de la impresión en resinas es que producen piezas de plástico de alta calidad con detalles finos. Un inconveniente es que pueden ser frágiles. Es posible mezclar materiales adicionales en resinas, para mejorar la resistencia, por ejemplo, o agregar flexibilidad. Pero, un poco como agregar más ingredientes a un pastel, esto espesa la mezcla, lo que puede dificultar la impresión de la resina. El proceso vlm, sin embargo, puede hacer frente a esto porque, como explica Eric Pallarés, director de tecnología de la compañía, está diseñado desde el principio para usar resinas mucho más espesas.

Los dos depósitos también se pueden llenar con diferentes resinas, lo que permite una construcción más compleja. Esto permitiría, por ejemplo, agregar una superficie suave al tacto a un interruptor rígido. La fuerza se puede lograr mezclando materiales de relleno hechos de restos triturados de objetos previamente impresos. Alternativamente, se podría imprimir un material soluble para soportar estructuras delicadas durante la construcción, y estos soportes luego se podrían lavar. Por el momento, las estructuras de soporte a menudo deben agregarse y quitarse laboriosamente a mano.

Hasta ahora, vlm está demostrando ser aproximadamente diez veces más rápido en la fabricación que la mayoría de las otras formas de impresión plástica, afirma el Sr. Pallarés. Y el tamaño de los objetos que se pueden producir está limitado únicamente por el tamaño de la pantalla LCD utilizada para proyectar la imagen de cada capa. Al igual que con la mayoría de las impresoras 3D, incluidas aquellas que utilizan diferentes procesos para imprimir metales, vlm es capaz de crear estructuras complejas que son difíciles o imposibles de fabricar con métodos de producción convencionales, como el moldeo por inyección.

El moldeo por inyección tampoco es económico cuando se trata de producir pequeños volúmenes, porque los moldes de ingeniería de precisión que requiere pueden costar varios cientos de miles de dólares. Eso no importa si esos moldes se utilizan para hacer una gran cantidad de cosas, pero para lotes pequeños el costo es prohibitivo.

Sin embargo, la fabricación aditiva prospera con bajos volúmenes de producción, porque las impresoras 3D funcionan con software, que es más fácil y económico de cambiar que los moldes físicos. Cuando se trata de hacer millones de cosas de plástico baratas y alegres, es probable que el invento de Hyatt conserve su ventaja por un tiempo. Para artículos más personalizados, la fabricación aditiva es cada vez mejor. ■

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Este artículo apareció en la sección de Ciencia y tecnología de la edición impresa con el título "Pasos pegajosos".

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