La impresora 3D láser, un “todoterreno” del sector

Recientemente, investigadores de la Universidad de Missouri, en Estados Unidos, han desarrollado un método que permite fabricar dispositivos complejos con una gran variedad de materiales —entre ellos, plásticos, metales y semiconductores— utilizando una sola máquina. El estudio, publicado recientemente en *Nature Communications*, describe un nuevo proceso de impresión 3D y láser para fabricar sensores multimateriales y multicapa, placas de circuitos e incluso tejidos con componentes electrónicos.
Se espera que esta investigación, denominada “proceso de ensamblaje multimaterial de forma libre”, revolucione el proceso de fabricación de nuevos productos. Al imprimir sensores integrados en las estructuras, la máquina puede crear dispositivos capaces de detectar condiciones ambientales, como la temperatura y la presión. Para otros investigadores, esto podría significar disponer de un objeto de aspecto natural, como una roca o una concha, capaz de medir el flujo del agua de mar. Para el público en general, esta aplicación sienta las bases técnicas para futuros dispositivos portátiles que controlen la presión arterial y otros signos vitales.

En concreto, otras tecnologías se quedan cortas en cuanto a la versatilidad de los materiales y a la forma de colocar con precisión piezas más pequeñas dentro de estructuras 3D más grandes. El enfoque del equipo de investigación resuelve estos problemas mediante técnicas especiales. Los miembros del equipo construyeron una máquina con tres boquillas diferentes: una boquilla aplica un material similar a la tinta, otra utiliza un láser para tallar formas y materiales, y una tercera boquilla añade materiales funcionales adicionales para mejorar la funcionalidad del producto.
En primer lugar, la estructura básica se fabrica con filamentos habituales de impresión 3D (como el policarbonato, un termoplástico transparente). A continuación, se utiliza un láser para convertir determinadas partes en un material especial denominado «grafeno inducido por láser» y colocarlo exactamente donde se necesita. Por último, se añaden más materiales para mejorar la funcionalidad del producto final.
“Este trabajo ha contado con el apoyo del Programa de Fabricación Avanzada de la Fundación Nacional para la Ciencia (NSF), y el programa I-Corps™ de la NSF ha proporcionado financiación para explorar su comercialización. El programa I-Corps está ayudando al equipo de investigación a identificar los intereses y las necesidades del mercado”, afirmó Jian “Javen” Lin, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial de la universidad. “En este momento, creemos que otros investigadores se interesarán por ello, pero estamos convencidos de que, en última instancia, beneficiará a las empresas. Reducirá el tiempo necesario para crear un prototipo de un dispositivo, lo que permitirá a las empresas fabricarlos internamente”. Es la primera vez que se utiliza este proceso, y abre nuevas posibilidades, afirmó Bujingda Zheng, primer autor del estudio y estudiante de doctorado en ingeniería mecánica en la Universidad de Missouri. “Estoy muy ilusionado con este diseño. Una de las principales ventajas es que los innovadores pueden centrarse en el diseño de nuevos productos sin preocuparse por cómo fabricar los prototipos. Esto abre la posibilidad de mercados completamente nuevos”. Lin afirmó que tendrá un amplio impacto en los sensores portátiles, los robots personalizables, los dispositivos médicos y mucho más.
En la actualidad, la fabricación de estructuras multicapa, como las placas de circuitos impresos, es un proceso engorroso que implica múltiples pasos y diversos materiales. Estos procesos son costosos, requieren mucho tiempo y generan residuos perjudiciales para el medio ambiente. La nueva tecnología no solo es más respetuosa con el planeta, sino que además se inspira en los sistemas de la naturaleza. Por ejemplo, según explicó Zheng, las anguilas eléctricas tienen esqueletos y músculos que les permiten moverse. También cuentan con células especializadas capaces de generar hasta 500 voltios para ahuyentar a los depredadores. Estas observaciones biológicas han inspirado a los investigadores a desarrollar nuevas formas de crear estructuras tridimensionales con aplicaciones versátiles, pero otros métodos emergentes presentan limitaciones.