Esta impresora 3D se automonitoriza durante la impresión
Con la impresión 3D por chorro de tinta, los ingenieros pueden crear estructuras complejas y fabricar pinzas robóticas que combinan suavidad y resistencia para una interacción humana segura. Tradicionalmente, estas impresoras utilizan resina de curado UV, pero los materiales de curado más lento podrían aplastarse durante el proceso de alisado.
Unos investigadores del MIT, Inkbit y la ETH de Zúrich idearon un innovador sistema de inyección de tinta 3D. Emplea visión por ordenador para escanear el área de impresión y ajustar en tiempo real la cantidad de resina en las boquillas. A diferencia de los métodos tradicionales, este método sin contacto admite materiales de curado más lento, ofreciendo mayor elasticidad y durabilidad sin detener el proceso de impresión. Esta automatización también hace que la impresora sea mucho más rápida que otras, aumentando enormemente la velocidad de producción.
Autocontrol de la impresora 3D durante la impresión: Sin contacto
Los investigadores ampliaron su trabajo anterior con MultiFab, una económica impresora 3D que maneja múltiples materiales. MultiFab utilizaba gotas de resina de curado UV depositadas por miles de boquillas para la impresión de alta resolución de estructuras complejas en hasta 10 materiales simultáneamente.
Su proyecto actual pretendía ampliar las posibilidades de materiales para crear dispositivos más complejos sin contacto. Para ello desarrollaron el “chorro controlado por visión”, que emplea cuatro cámaras de alta velocidad y dos láseres que escanean continuamente la superficie de impresión. A medida que estas cámaras registran la deposición de gotas de resina, el sistema crea un mapa de profundidad casi instantáneamente, comparándolo con el modelo CAD para ajustar la deposición de resina a la alineación precisa de la estructura.
Este sistema automatizado puede ajustar con precisión cada una de las 16.000 boquillas, lo que permite obtener detalles intrincados en el dispositivo fabricado. Katzschmann expresó las capacidades del sistema, afirmando que puede crear casi cualquier objeto multimaterial sin limitaciones, garantizando resultados funcionales y duraderos.
La precisión del sistema le permite imprimir con exactitud con cera, que sirve de material de soporte para crear cavidades o redes complejas dentro de un objeto. A medida que se imprime el dispositivo, se utiliza cera debajo de la estructura. Posteriormente, al calentar el objeto terminado, la cera se funde y se retira, dejando tras de sí intrincados canales.
Al controlar dinámicamente la deposición de material a través de las boquillas en tiempo real, el sistema elimina la necesidad de piezas mecánicas para nivelar la superficie de impresión. Esta característica permite utilizar materiales de curado más lento que, de otro modo, se verían afectados por una herramienta de raspado.
Materiales superiores
Los investigadores utilizaron el sistema para imprimir con materiales basados en tioles, que se curan más lentamente que los acrílicos típicos utilizados en la impresión 3D. Sin embargo, los materiales basados en tioles ofrecen mayor elasticidad, durabilidad y resistencia a las variaciones de temperatura y a la degradación inducida por la luz solar que los acrilatos.
“Estas propiedades son cruciales para crear robots o sistemas que interactúen con entornos reales”, explica Katzschmann.
Empleando materiales a base de tioles y cera, el equipo creó intrincados dispositivos difíciles de fabricar con los métodos de impresión 3D existentes. Por ejemplo, desarrollaron una mano robótica funcional controlada por 19 tendones accionados independientemente, con dedos blandos acolchados con sensores y huesos robustos que soportan cargas.
“También diseñamos un robot andante de seis patas capaz de detectar y agarrar objetos, lo que fue posible gracias a la capacidad del sistema para formar interfaces herméticas con materiales blandos y rígidos, junto con intrincados canales internos”, añade Buchner.
Además, el equipo demostró el potencial de la tecnología con una bomba similar a un corazón con ventrículos integrados y válvulas artificiales, así como metamateriales programables con características materiales no lineales.
“Esto marca el comienzo. La tecnología abre las puertas a una serie de nuevos materiales que antes no eran aptos para la impresión 3D”, concluye Matusik.
La intención de los investigadores es ampliar las capacidades del sistema experimentando con la impresión de hidrogeles para la ingeniería de tejidos, materiales de silicio, epoxis y polímeros robustos. También están considerando aplicaciones como dispositivos médicos personalizados, almohadillas de pulido de semiconductores y robótica avanzada.
La investigación ha contado con el apoyo financiero de Credit Suisse, la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia, DARPA y la NSF.
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