El ingeniero

Un equipo de la Universidad Heriot-Watt ha desarrollado un nuevo método de impresión 3D que utiliza luz infrarroja cercana (NIR) para crear estructuras complejas que contienen múltiples materiales y colores.

El grupo, dirigido por el Dr. José Marques-Hueso del Instituto de Sensores, Señales y Sistemas, logró esto modificando la estereolitografía para permitir la integración de múltiples materiales. Una impresora 3D convencional normalmente aplicaría un láser azul o UV a una resina líquida que luego se solidificaría selectivamente en capas para construir un objeto. Sin embargo, un inconveniente de este enfoque han sido las limitaciones en el entremezclado de materiales.

En un proyecto financiado por EPSRC denominado MUSCLE (Estereolitografía de materiales múltiples mediante reticulación mediante excitación de luminiscencia), los científicos han utilizado una fuente de luz NIR capaz de imprimir a profundidades mucho mayores en el tanque de resina sin necesidad de imprimir en capas.

Según Heriot-Watt, los hallazgos presentan oportunidades para la industria, en particular para aquellas que dependen de piezas especializadas, como en los sectores de la salud y la electricidad.

En un comunicado, el Dr. Marques-Hueso dijo: "La novedad de nuestro nuevo método, que nunca antes se había hecho, es usar las ventanas de invisibilidad NIR de materiales para imprimir a una profundidad de más de 5 cm, mientras que la tecnología convencional tiene una profundidad límite de alrededor de 0,1 mm. Esto significa que puede imprimir con un material y luego agregar un segundo material, solidificándolo en cualquier posición del espacio 3D, y no solo en la parte superior de las superficies exteriores.

"Por ejemplo, podemos imprimir un cubo hueco que en su mayoría está sellado por todos lados. Luego podemos volver más tarde e imprimir un objeto, hecho de un material completamente diferente, dentro de esta caja, porque el láser NIR penetrará a través del material anterior. como si fuera invisible, porque de hecho es completamente transparente en el NIR".

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El Dr. Adilet Zhakeyev, investigador de doctorado en la Universidad Heriot-Watt que ha trabajado en el proyecto durante casi tres años, agregó: "La tecnología Fused Deposition Modeling (FDM) ya podía entremezclar materiales, pero FDM tiene una resolución baja, donde las capas son visibles, mientras que las tecnologías basadas en la luz, como la estereolitografía, pueden proporcionar muestras uniformes con resoluciones inferiores a cinco micrómetros".

Según los científicos, un componente clave de su proyecto ha sido el desarrollo de resinas de ingeniería que contienen nanopartículas que exhiben conversión ascendente óptica. Estas nanopartículas absorben los fotones NIR y los transforman en fotones azules, que solidifican la resina. Esta ocurrencia no es lineal, lo que significa que puede obtener los fotones azules principalmente en el foco del láser, y no en el camino a través de él. Por esta razón, el NIR puede penetrar profundamente en el material como si fuera transparente y solidificar solo el material interior.

El nuevo método de impresión 3D permite imprimir en una misma muestra múltiples materiales con diferentes propiedades, como elastómeros flexibles y acrílico rígido. Se afirma que la técnica ofrece numerosas formas nuevas de impresión, incluida la impresión 3D de objetos dentro de las cavidades, la restauración de objetos rotos y la bioimpresión in situ a través de la piel.

"En el mismo proyecto de investigación, habíamos desarrollado previamente una resina que se puede recubrir de forma selectiva con cobre", dijo el Dr. Marques-Hueso. "Combinando ambas tecnologías, ahora podemos imprimir en 3D con dos resinas diferentes y cubrir selectivamente solo una de ellas con cobre usando un baño de solución de recubrimiento simple. De esta manera, podemos crear circuitos integrados en 3D, lo cual es muy útil para la industria electrónica". ."

El Dr. Marques-Hueso continuó: "Una clara ventaja de esta técnica es que la máquina completa se puede construir por menos de £ 400. Algunas otras tecnologías avanzadas que usan láseres, como la polimerización de dos fotones (2PP), requieren costosos láseres ultrarrápidos en del orden de decenas de miles de libras, pero este no es nuestro caso porque nuestros materiales especializados permiten el uso de láseres económicos. Ahora que tenemos resultados que respaldan nuestras afirmaciones, esperamos asociarnos con empresas y desarrollar aún más esta tecnología".

Los hallazgos del equipo se detallan en Applied Materials Today.