Un material que lo cambia todo: manos impresas en 3D indistinguibles de las reales (y que no se deterioran)

Científicos de la Universidad de Texas en Austin, junto con Sandia National Laboratories, idearon un método de impresión 3D, при котором один и тот же дешевый материал может вести себя как разные вещества. En un mismo modelo se pueden definir distintas propiedades: en un lugar hacer una zona rígida y transparente, y junto a ella dejarla blanda y opaca. Para ello no es necesario mezclar distintos plásticos ni usar composiciones complejas. Basta con una sola materia prima y una correcta configuración de la luz durante la impresión. El método se denomina CRAFT.

En la base de la tecnología está una resina líquida corriente, cyclooctene. En su forma estándar es el plástico más simple sin propiedades especiales. Pero los investigadores observaron que durante el endurecimiento se puede controlar cómo las moléculas se organizan en la estructura del material. Comenzaron a cambiar no la composición de la resina, sino la intensidad de la luz que atraviesa la impresora 3D. La impresión se realiza mediante imágenes de semitono: donde la luz es más intensa, la estructura se forma de una manera; donde es más débil, de otra. Como resultado, dentro de un mismo objeto aparecen zonas con diferente densidad, dureza y transparencia, aunque químicamente sea el mismo material.

En la práctica se ve simple: un fragmento de la pieza puede ser rígido y casi vítreo, y el contiguo, impreso con la misma resina, permanecer blando y mate. No hay pegamentos, capas de distintos materiales ni uniones débiles entre ellas. Todo se forma en un único objeto monolítico, y las propiedades se definen solo por la luz durante la impresión.

El ejemplo más claro de aplicación de la tecnología está relacionado con la formación médica. Actualmente los estudiantes o bien trabajan con cadáveres, lo que es costoso, complicado de organizar y plantea cuestiones éticas, o utilizan modelos de plástico que no transmiten bien la sensación real de los tejidos. El equipo imprimió un modelo realista de una mano humana usando un solo material. En el interior de una misma estructura lograron reproducir la diferencia entre piel, ligamentos, tendones y huesos en cuanto a densidad y textura. Las transiciones entre ellos son suaves y resistentes, sin juntas frágiles. Esos modelos se pueden usar como materiales docentes sin logística compleja ni dependencia de muestras biológicas.

La tecnología también resuelve otro problema antiguo de la impresión 3D. En impresoras multimaterial a menudo aparecen uniones débiles entre diferentes capas, por lo que las piezas se rompen precisamente en los puntos de unión. En el caso de CRAFT el objeto permanece entero, y las diferencias en propiedades se generan dentro de la estructura, no en los límites entre materiales.

Además de la medicina, el método sirve para crear materiales que funcionan según un "principio natural". En la naturaleza la resistencia suele aparecer gracias a la combinación de capas rígidas y blandas, por ejemplo en la corteza de los árboles. Aquí se pueden crear las mismas combinaciones en piezas artificiales. Esto es útil para equipo protector, cascos, elementos de blindaje, materiales para amortiguar impactos y vibraciones, así como para aislamiento acústico. Esas estructuras no se rompen de forma brusca, sino que disipan la energía.

Una ventaja adicional de la tecnología es que no requiere equipo caro. El método funciona con impresoras DLP y LCD comunes, que se consideran de las más accesibles en el mercado. Una impresora con soporte para proyección de semitonos se puede comprar por aproximadamente 1 000 dólares o incluso menos. Esto hace la tecnología real no solo para grandes laboratorios, sino también para pequeños equipos de investigación y centros educativos.

El material no se puede llamar completamente reciclable, pero los residuos se reducen. Los objetos impresos se pueden fundir o disolver en un disolvente y luego reutilizar la misma materia prima para imprimir otras formas. Esto disminuye la cantidad de desechos plásticos en experimentos y prototipado.

El proyecto contó con el apoyo del Departamento de Energía de Estados Unidos, la Fundación Nacional para la Ciencia y la Fundación Robert A. Welch. El desarrollo demuestra que en la impresión 3D la luz puede ser no solo una herramienta para dar forma, sino una manera de controlar directamente las propiedades del material.