Innovadora resina permite imprimir y corregir en 3D de forma reversible

La fabricación aditiva, comúnmente conocida como impresión 3D, ha sido tradicionalmente un proceso unidireccional. En una impresora de procesamiento de luz digital (DLP), un patrón estructurado se proyecta sobre una capa de resina líquida, que se cura y solidifica, construyendo un objeto capa por capa. Sin embargo, si la impresión no resulta como se esperaba, no hay un método sencillo para corregirlo, lo que generalmente lleva a que el objeto termine en la basura.

En un nuevo estudio publicado en Advanced Materials Technologies, investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) desarrollaron un sistema de fabricación híbrido que combina la adición y la sustracción, utilizando una resina única que introduce un comportamiento de doble longitud de onda. Bajo luz azul, la resina se cura y endurece; bajo luz ultravioleta, se degrada nuevamente a líquido. Este sistema de impresión híbrido permite la fabricación correctiva, mejora la resolución de impresión y facilita el reciclaje de piezas.

"Imagina que una empresa necesita una pieza para encajar en una máquina, pero es un prototipo y no están seguros de lo que quieren", comentó el científico del LLNL y autor del estudio, Benjamin Alameda. "Teóricamente, podrían imprimir con nuestra resina. Y si hay defectos o algo que desean cambiar, no tienen que imprimir una pieza completamente nueva. Simplemente podrían iluminarla con otra longitud de onda y modificar la pieza existente. Eso es útil y menos desperdicioso".

Como ejemplo, los investigadores imprimieron un dispositivo fluidico con dos canales separados. Utilizando la respuesta de degradación de su resina, lograron conectar los canales después de la impresión.

"Lo hicimos así intencionalmente. Pero si esto hubiera sido un verdadero fallo en la conexión de los canales, tendrías que rehacer toda la impresión", explicó la científica del LLNL y coautora, Johanna Schwartz. "Ahora, después del hecho, es solo una corrección muy simple. Ahora es utilizable nuevamente".

Nuevas direcciones para la fabricación adaptativa

La tecnología de resina patentada está disponible para comercialización a través de la Oficina de Innovación y Asociaciones del LLNL. Permite a todos los sistemas de impresión basados en luz crear partes más intrincadas y detalladas con mayor resolución, suavizar superficies y corregir errores, así como agregar y eliminar estructuras de soporte temporales. La tecnología, producida utilizando instalaciones, capacidades y experiencia únicas del LLNL, puede ser licenciada por empresas de fabricación avanzada y utilizada en impresoras 3D existentes para ahorrar tiempo y costos de materiales al permitir impresiones 3D editables y reciclables.

La resina es clave para el éxito de esta impresión de doble función: los autores optimizaron cada componente de su química. La luz azul provoca que las moléculas de la resina se combinen en una red entrelazada, una técnica estándar en la impresión 3D. En un nuevo giro, la luz ultravioleta genera ácido en la resina. Las moléculas están específicamente diseñadas para responder al ácido, descomponiéndose nuevamente en un líquido.

El equilibrio entre estabilidad y degradabilidad fue un desafío. El equipo diseñó la resina para que se endureciera y degradara rápidamente, pero no tan rápido como para que se degradara por sí sola. Notaron que los recubrimientos estándar pueden evitar que las piezas se descompongan bajo la radiación ultravioleta natural del sol.

De cara al futuro, los científicos están ampliando aún más la capacidad de esta fabricación híbrida integrando metrología en máquina y control de retroalimentación para corregir automáticamente y de forma autónoma los errores de impresión sobre la marcha.

"Una vez que vemos que hay errores de impresión, podemos modificar adaptativamente las imágenes de proyección para corregir esos errores sobre la marcha, lo que permite una verdadera fabricación adaptativa. Además de la impresión DLP, también planeamos transferir este método a la fabricación aditiva y sustractiva volumétrica, que ilumina un vial de resina en rotación y fabrica una pieza 3D de una sola vez", afirmó la autora y científica del LLNL, Liliana Dongping Terrel-Perez.

El proyecto fue liderado por Liliana Dongping Terrel-Perez. Además de Alameda y Schwartz, los miembros del equipo incluyen a Holden Howard, Martin De Beer y Magi Yassa.