Nueva impresora 3D modela objetos con rayos de luz

Nueva impresora 3D modela objetos con rayos de luz. / 3Dnatives.
Nueva impresora 3D modela objetos con rayos de luz. / 3Dnatives.

La tecnología tiene potencial para transformar la forma en que se diseñan y fabrican los productos de prótesis a lentes.

Nueva impresora 3D modela objetos con rayos de luz

Una nueva impresora 3D utiliza la luz para transformar líquidos pegajosos en objetos sólidos complejos en solo unos minutos. La impresora puede crear objetos más suaves, más flexibles y más complejos de lo que es posible con las impresoras 3D tradicionales. También puede cubrir un objeto ya existente con nuevos materiales, que las impresoras actuales se esfuerzan por hacer.

Apodado el "replicador" por los inventores, como el dispositivo Star Trek que puede materializar cualquier objeto a pedido, la impresora 3D puede crear objetos más suaves, más flexibles y más complejos de lo que es posible con las impresoras 3D tradicionales. También puede cubrir un objeto ya existente con nuevos materiales (por ejemplo, agregar un mango a un destornillador de metal) que las impresoras actuales se esfuerzan por hacer.

Según los investigadores, la tecnología tiene el potencial de transformar la forma en que se diseñan y fabrican los productos de prótesis a lentes.

"Creo que esta es una ruta para poder personalizar aún más los objetos en masa, ya sean prótesis o zapatillas", dijo Hayden Taylor, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de California, Berkeley, y autor principal de un artículo.

"El hecho de que pueda tomar un componente metálico o algo de otro proceso de fabricación y agregar geometría personalizable, creo que eso puede cambiar la forma en que se diseñan los productos", dijo Taylor.

La mayoría de las impresoras 3D, incluidas otras técnicas basadas en la luz, construyen objetos 3D capa por capa. Esto conduce a un efecto de "escalón" a lo largo de los bordes. También tienen dificultades para crear objetos flexibles porque los materiales flexibles pueden deformarse durante el proceso de impresión y se requieren soportes para imprimir objetos de ciertas formas, como arcos.

La nueva impresora se basa en un líquido viscoso que reacciona para formar un sólido cuando se expone a un cierto umbral de luz. Proyectar patrones de luz cuidadosamente diseñados, esencialmente "películas", sobre un cilindro giratorio de líquido solidifica la forma deseada "todo a la vez".

"Básicamente, tienes un proyector de video comercial, que literalmente traje de casa, y luego lo conectas a una computadora portátil y lo usas para proyectar una serie de imágenes computadas, mientras que un motor gira un cilindro que tiene una resina de impresión 3D en ella ", dijo Taylor. "Obviamente, hay muchas sutilezas: cómo se formula la resina y, sobre todo, cómo se calculan las imágenes que se proyectarán, pero la barrera para crear una versión muy simple de esta herramienta no es eso. alto."

Taylor y el equipo utilizaron la impresora para crear una serie de objetos, desde un pequeño modelo de la estatua de "The Thinker" de Rodin hasta un modelo de mandíbula personalizado. Actualmente, pueden hacer objetos de hasta cuatro pulgadas de diámetro.

"Este es el primer caso en el que no necesitamos crear partes 3D personalizadas capa por capa", dijo Brett Kelly, coautor del artículo que completó el trabajo mientras era un estudiante graduado que trabajaba en conjunto en la UC Berkeley y Lawrence Livermore. Laboratorio Nacional. "Hace que la impresión 3D sea realmente tridimensional".

Una tomografía computarizada a la inversa

La nueva impresora se inspiró en las tomografías computarizadas (TC) que pueden ayudar a los médicos a localizar tumores y fracturas dentro del cuerpo.

Las tomografías computarizadas proyectan rayos X u otros tipos de radiación electromagnética en el cuerpo desde todos los ángulos diferentes. El análisis de los patrones de energía transmitida revela la geometría del objeto.

"Esencialmente, invertimos ese principio", dijo Taylor. "Estamos tratando de crear un objeto en lugar de medirlo, pero en realidad gran parte de la teoría subyacente que nos permite hacer esto se puede traducir de la teoría que subyace a la tomografía computarizada".

Además de modelar la luz, que requiere cálculos complejos para obtener las formas e intensidades exactas, el otro desafío importante que enfrentan los investigadores fue cómo formular un material que permanezca líquido cuando se expone a un poco de luz, pero reacciona para formar un sólido. Cuando se expone a mucha luz.

"El líquido que no se quiere curar es ciertamente el paso de rayos de luz a través de él, por lo que debe haber un umbral de exposición a la luz para esta transición de líquido a sólido", dijo Taylor.

La resina de impresión 3D está compuesta de polímeros líquidos mezclados con moléculas fotosensibles y oxígeno disuelto. La luz activa el compuesto fotosensible que agota el oxígeno. Solo en aquellas regiones 3D donde se ha consumido todo el oxígeno, los polímeros forman los "enlaces cruzados" que transforman la resina de un líquido a un sólido. La resina no utilizada se puede reciclar calentándola en una atmósfera de oxígeno, dijo Taylor.

"Nuestra técnica casi no genera desperdicio de material y el material sin curar es 100% reutilizable", dijo Hossein Heidari, un estudiante graduado en el laboratorio de Taylor en UC Berkeley y co-primer autor del trabajo. "Esta es otra ventaja que viene con la impresión 3D sin soporte".

Los objetos tampoco tienen que ser transparentes. Los investigadores imprimieron objetos que parecen opacos usando un tinte que transmite luz en la longitud de onda de curado pero que absorbe la mayoría de las otras longitudes de onda.

"Esto es particularmente satisfactorio para mí, porque crea un nuevo marco de impresión volumétrica o 'todo en una' impresión 3D que hemos comenzado a establecer en los últimos años", dijo Maxim Shusteff, ingeniero de personal del laboratorio Livermore. "Esperamos que esto abra el camino para que muchos otros investigadores exploren esta apasionante área de tecnología".  @mundiario

 

 

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