Una nova impressora 3D basada en la llum podria crear eines de naus espacials en gravetat zero

Una nova tècnica d'impressió 3D promet realitzar objectes fent servir feixos de llum, ajudant a tota mena de professionals: des de zoòlegs a persones a bord de naus espacials que necessiten fer eines amb gravetat zero.

La tècnica, descrita en un article publicat el dijous a la revista Ciència, consisteix en brillants rajos de llum sobre un líquid sensible a la llum groc per crear objectes sòlids. Aquí funciona com funciona aquesta nova tècnica: els científics creen un model 3D de l’objecte que desitgen, creen una pel·lícula i utilitzen un projector per transmetre la informació a un cilindre rotatiu. La naturalesa del líquid significa que els usuaris poden contenir altres objectes en resina; crear un mànec de tornavís al voltant d'una peça de metall és un exemple.

Hayden Taylor, professora assistent d’enginyeria mecànica a la Universitat de Califòrnia i autora principal d’un article, explica: Invers que aquesta nova tècnica d'impressió 3D utilitza el maquinari existent però fa un ús més sofisticat del seu programari.

"Els aparells necessaris per al nou procés són intrínsecament senzills: requereix un projector de vídeo, que podria ser un projector estàndard fora de la plataforma, i un volum constant del material sensible a la llum", diu Taylor. La part complicada, explica, són els càlculs utilitzats per traduir el model 3D en un vídeo, però fins i tot que "es pot dur a terme amb un ordinador personal si cal."

La impressora es va dissenyar buscant exploracions de tomografia computada, que els metges utilitzen per trobar tumors enviant ones electromagnètiques al cos. L’equip necessitava calcular la quantitat de llum que s’enviaria i quan la rotació de la resina del cilindre era completa. A mesura que la llum colpeja la resina, les molècules fotosensibles esgoten l'oxigen dissolt per crear una estructura sòlida. El material sobrant és reutilitzable per a altres projectes, i el mètode crea pràcticament cap residu.

Arriba en un moment en què la impressió 3D experimenta una mica de renaixement, seguint el bombo massiu al voltant de la zona el 2013. Només els últims dos mesos, investigadors de la Universitat de Columbia han descobert la manera de imprimir en 3D la fusta, un altre equip va demostrar com els usuaris poden creeu un escenari complet del casament i els investigadors de la Universitat de Michigan han creat un mètode que pot imprimir objectes 100 vegades més ràpid que abans.

Les impressores 3D típiques solen funcionar com els seus homòlegs basats en paper, per tal de fer capes de plàstic ABS o àcid polilàctic per formar objectes gradualment. Aquesta tècnica, coneguda com a modelatge de deposició fusionada, tendeix a produir objectes a alta velocitat però amb poca precisió.

"No imprimim capa per capa, com és tradicional", diu Taylor. "En alguns altres processos, l'ús de capes corre el risc d'introduir buits interns o defectes i provocar una superfície menys que llisa, que pot reduir la força o fer que la força sigui altament direccional".

Una tècnica alternativa, coneguda com estereolitografia, que utilitza l'equip de la Universitat de Michigan, utilitza un làser ultraviolat per crear un objecte en resina. Sembla similar a la tècnica utilitzada per l’equip de Taylor, doblat litografia axial computada - però hi ha algunes diferències interessants entre les tècniques en aquesta nova era de la impressió 3D.

"No dibuixem el component en línia recta, sinó que girem el volum d'impressió en relació amb la font de llum", diu Taylor. "Això vol dir que podem crear tots els punts d’un objecte 3D de forma simultània en lloc de seqüencialment.

"També, en el nostre procés, no hi ha moviment de l'objecte imprès en relació amb el material que l'envolta durant la impressió. Aquest és un aspecte sense precedents del nostre enfocament que ens permet imprimir en materials de viscositat excepcionalment elevats i elimina les limitacions de velocitat d'impressió que poden imposar-se a altres processos mitjançant el flux de fluids."

Com es podria utilitzar aquesta nova tècnica a bord de les naus espacials

La tècnica podria fins i tot resultar beneficiós per als astronautes a l’espai. Taylor diu que és "sens dubte concebible que les peces fetes per la litografia axial computada puguin ser utilitzades a l'espai", afegint que "jo especularia que la ingravidesa podria ser un avantatge afegit per al procés".

El principal problema amb l’ús de CAL a la Terra és que l’objecte es pot enfonsar a la resina mentre s’està representant. L’equip ha dissenyat la resina de manera que l’objecte no s’enfonsi durant el procés d’impressió per cap distància mesurable, però treballar en gravetat reduïda podria fer que aquest canvi sigui encara més reduït.

Si Elon Musk i similars aconsegueixen el seu somni d’enviar humans a Mart i iniciar una colònia, potser enviaran els seus exploradors al planeta vermell amb un projector i una tina gegant de resina, preparats per elaborar les seves pròpies eines. Almenys tindrien alguna cosa que utilitzar per veure pel·lícules.

Llegiu el resum del document titulat "Fabricació additiva volumètrica mitjançant reconstrucció tomogràfica":

La fabricació additiva promet una enorme llibertat geomètrica i el potencial de combinar materials per a funcions complexes. Les limitacions de velocitat, geometria i qualitat de superfície dels processos additius estan relacionades amb la dependència de les capes de material. Hem demostrat la impressió simultània de tots els punts d’un objecte tridimensional il·luminant un volum rotatiu de material fotosensible amb un patró de llum que evoluciona de forma dinàmica. Imprimim funcions tan petites com de 0,3 mm en enginyeria de polímers acrilats, així com impressions d’estructures suaus amb superfícies excepcionalment llises en un hidrogel de metacrilat de gelatina. El nostre procés ens permet construir components que envolten altres objectes sòlids preexistents, cosa que permetrà la fabricació de diversos materials. Hem desenvolupat models per descriure capacitats de resolució espacial i de velocitat. També vam demostrar els temps d’impressió de 30 a 120 s per a objectes a escala centimetrica diversos.