22.04.2022 - Stanford University

Nuevo tipo de impresión 3D

Ingenieros de Stanford y Harvard han sentado las bases de un nuevo sistema de impresión 3D que no requiere que un objeto se imprima de abajo hacia arriba

Aunque las técnicas de impresión 3D han avanzado mucho en la última década, la tecnología sigue enfrentándose a una limitación fundamental: los objetos deben construirse capa a capa. ¿Pero qué pasaría si no tuvieran que serlo?

Dan Congreve, profesor adjunto de ingeniería eléctrica en Stanford y ex becario del Instituto Rowland de la Universidad de Harvard, y sus colegas han desarrollado una forma de imprimir objetos en 3D dentro de un volumen estacionario de resina. El objeto impreso está totalmente soportado por la gruesa resina -imagina una figura de acción flotando en el centro de un bloque de gelatina-, por lo que se puede añadir desde cualquier ángulo. Esto elimina la necesidad de las estructuras de soporte que suelen ser necesarias para crear diseños complejos con métodos de impresión más estándar. El nuevo sistema de impresión 3D, publicado recientemente en Nature, podría facilitar la impresión de diseños cada vez más intrincados y ahorrar tiempo y material.

"La capacidad de hacer esta impresión volumétrica permite imprimir objetos que antes eran muy difíciles", dijo Congreve. "Es una oportunidad muy emocionante para la impresión tridimensional en el futuro".

Impresión con luz

A primera vista, la técnica parece relativamente sencilla: Los investigadores enfocaron un láser a través de una lente y lo hicieron brillar en una resina gelatinosa que se endurece cuando se expone a la luz azul. Pero Congreve y sus colegas no podían limitarse a utilizar un láser azul, ya que la resina se endurecería a lo largo de todo el haz. En su lugar, utilizaron una luz roja y algunos nanomateriales inteligentemente diseñados y dispersos por la resina para crear luz azul sólo en el punto focal preciso del láser. Al desplazar el láser por el contenedor de resina, pudieron crear impresiones detalladas y sin soporte.

El laboratorio de Congreve está especializado en la conversión de una longitud de onda de la luz en otra mediante un método denominado conversión ascendente de fusión de tripletes. Con las moléculas adecuadas cerca unas de otras, los investigadores pueden crear una cadena de transferencias de energía que, por ejemplo, convierte los fotones rojos de baja energía en azules de alta energía.

"Me interesé por esta técnica de conversión ascendente en la escuela de posgrado", dijo Congreve. "Tiene todo tipo de aplicaciones interesantes en energía solar, biología y ahora en la impresión 3D. Nuestra verdadera especialidad son los nanomateriales en sí: diseñarlos para que emitan la longitud de onda de luz adecuada, para que la emitan de forma eficiente y para que se dispersen en la resina".

A través de una serie de pasos (que incluyeron el envío de algunos de sus materiales para darles una vuelta en una licuadora Vitamix), Congreve y sus colegas fueron capaces de formar las moléculas de conversión ascendente necesarias en distintas gotas a nanoescala y recubrirlas con una capa protectora de sílice. A continuación, distribuyeron las nanocápsulas resultantes, cada una de las cuales es 1000 veces más pequeña que el ancho de un cabello humano, por toda la resina.

"Descubrir cómo hacer que las nanocápsulas fueran robustas no fue trivial: una resina de impresión en 3D es bastante dura", dijo Tracy Schloemer, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Congreve y una de las autoras principales del artículo. "Y si esas nanocápsulas empiezan a deshacerse, tu capacidad de hacer upconversion desaparece. Todo su contenido se derrama y no puedes conseguir esas colisiones moleculares que necesitas".

Próximos pasos para las nanocápsulas convertidoras de luz

Los investigadores están trabajando actualmente en formas de perfeccionar su técnica de impresión en 3D. Están investigando la posibilidad de imprimir múltiples puntos al mismo tiempo, lo que aceleraría considerablemente el proceso, así como de imprimir a mayor resolución y a menor escala.

Congreve también está explorando otras posibilidades de utilizar las nanocápsulas de conversión ascendente. Por ejemplo, podrían ayudar a mejorar la eficiencia de los paneles solares, convirtiendo la luz de baja energía no utilizable en longitudes de onda que las células solares puedan recoger. O podrían utilizarse para ayudar a los investigadores a estudiar con mayor precisión modelos biológicos que puedan activarse con luz o incluso, en el futuro, para administrar tratamientos localizados.

"Se podría penetrar en el tejido con luz infrarroja y luego convertir esa luz infrarroja en luz de alta energía con esta técnica de conversión ascendente para, por ejemplo, impulsar una reacción química", dijo Congreve. "Nuestra capacidad de controlar los materiales a nanoescala nos ofrece un montón de oportunidades realmente interesantes para resolver problemas desafiantes que de otro modo son difíciles de abordar".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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