REVISTA DE INGENIERIA DYNA

Sin embargo, mediante el uso de imágenes en 3D generadas por láser, similares a hologramas que se reflejan en resina fotosensible, los investigadores del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), con la colaboración de la Universidad de Berkeley, la Universidad de Rochester y el Massachusetts Institute of Technology (MIT), han descubierto que pueden construir complejas piezas en 3D en menos tiempo del requerido por la impresión tradicional por capas. El nuevo enfoque se llama “impresión volumétrica” en 3D, tal como se describe en un artículo de la revista Science Advances, publicado en la web el 8 de diciembre.

“El hecho de que se puedan hacer piezas completas en 3 dimensiones en un solo paso realmente soluciona un problema importante en la fabricación aditiva”, dice el investigador de LLNL Maxim Shusteff, autor principal del artículo. “Estamos intentando imprimir una pieza en 3D de una sola vez. El verdadero objetivo de este trabajo era preguntarse: “¿Podemos crear cualquier forma en 3D de una sola vez, en lugar de hacerlo poco a poco capa por capa? La respuesta es que sí se puede”.

La forma en que funciona es superponiendo tres rayos láser que definen la geometría de un objeto desde tres direcciones diferentes, creando una imagen 3D en la cuba de resina. La luz láser, que está a una intensidad más alta en el punto en donde los haces interseccionan, se mantiene durante unos 10 segundos, tiempo suficiente para que la pieza se forme y cure. El exceso de resina se drena de la cuba y, casi como por magia, los investigadores se quedan con una pieza completamente formada en 3D.

El enfoque, concluyen los científicos, resulta en piezas construidas muchas veces más rápido que con otros métodos basados en polímeros, y la mayoría, si no todos, los métodos comerciales de Fabricación Aditiva usados hoy en día. Debido a su bajo coste, flexibilidad, velocidad y versatilidad geométrica, los investigadores esperan que este marco abra una nueva dirección de investigación en la impresión rápida en 3D.

“Es una demostración de lo que puede ser la próxima generación de fabricación aditiva”, dice el ingeniero de LLNL Chris Spadaccini, que dirige lo trabajos de impresión en 3D de Livermore Lab. “La mayoría de las tecnologías de impresión 3D y de fabricación de aditivos consisten en una unidad de operación uni o bidimensional. Este nuevo enfoque nos lleva a una operación completamente tridimensional, que no se había hecho hasta ahora. El impacto potencial en el rendimiento podría ser enorme y si se puede hacer bien, todavía se pueden conseguir piezas de mucha mayor complejidad”.

Con este proceso, Shusteff y su equipo han conseguido piezas tipo largueros, piezas planas, riostras en ángulos especiales, celosías y objetos complejos y curvilíneos únicos. Si bien la impresión 3D convencional tiene dificultades con las estructuras sin soporte que pueden combarse, la impresión volumétrica no tiene tales limitaciones; muchas superficies curvas se pueden fabricar con este nuevo sistema en lugar de mediante la impresión en capas.

“Esta podría ser la única manera de hacer fabricación aditiva sin imprimir por capas”, dice Shusteff. “Si se puede eliminar la estratificación, se puede evitar la formación de rugosidades y tensiones direccionales. Como todas las características de las piezas se forman al mismo tiempo, desaparecen los no problemas de tensiones superficiales”.
“Esperamos que esto sirva para inspirar a otros investigadores a encontrar otras maneras de hacer esto con otros materiales”, agregó. "Sería un cambio de paradigma".

Shusteff cree que la impresión volumétrica podría hacerse aún más rápido con una fuente de luz de mayor potencia. Materiales extra suaves como los hidrogeles, que de otro modo serían dañados o destruidos por el movimiento de los fluidos, se podrían utilizar para la fabricación. La impresión volumétrica en 3D también es la única técnica de fabricación aditiva que funciona mejor en gravedad cero, ampliando la posibilidad de producción basada en el espacio.

Sin embargo, esta técnica tiene también sus limitaciones. Debido a que cada haz laser se propaga en el espacio sin cambiar, hay restricciones en la resolución de la pieza y en los tipos de geometría que se pueden formar.

Estructuras extremadamente complejas requerirían muchos rayos láser de intersección y limitarían el proceso. También se necesitará investigar en aspectos de química e ingeniería de polímeros para mejorar las propiedades de las resinas y adaptarlas para crear mejores estructuras.

Si se deja la luz láser encendida demasiado tiempo, el curado de la pieza comenzará a la vez en todas partes, por lo que hay necesidad de un control de los tiempos. Se está trabajando en el cálculo de cuánto tiempo y con cuánta intensidad se pueden mantener los rayos laser y como se liga eso con el comportamiento químico de las resinas.