La impresión 3D está de moda y, como tecnología de fabricación aditiva, ofrece numerosas ventajas. Por ejemplo, los productos y prototipos pueden diseñarse de forma individual y estar disponibles rápidamente. Un equipo de investigadores del Fraunhofer CPM está ampliando significativamente las ventajas al producir objetos impresos mediante la llamada impresión 4D. Esta tecnología añade la dimensión del tiempo, o 1D, a la dimensión del espacio, o 3D.
Esto es ahora posible gracias a una tecnología de impresión 4D desarrollada en el Cluster de Excelencia de Materiales Programables CPM de Fraunhofer.
Se pueden imprimir objetos a partir de polímeros con memoria que pueden cambiar su forma en un momento posterior cuando se exponen al calor. Las muestras con forma de varilla que miden unos cuatro centímetros de longitud se encogen hasta un 63%. También es posible obtener curvaturas específicas de forma selectiva.
El alcance del cambio de forma de los objetos impresos es drástico. En el futuro, las tecnologías de fabricación en 4D podrían utilizarse para producir piezas que muestren un comportamiento específico sólo después de adoptar su forma predefinida, por ejemplo, como elementos de fijación en el ensamblaje de componentes en las industrias de tecnología médica, ingeniería mecánica, automoción y aviación.
El comportamiento de contracción
En general, hay dos formas de ajustar la respuesta a un aumento de temperatura. La primera es la elección del material: en este caso, los investigadores desarrollaron un nuevo poliuretano termoplástico, o TPU, con propiedades de memoria de forma.
El equipo también demostró que los hallazgos obtenidos en la impresión 4D también pueden trasladarse a otro polímero termoplástico: produjeron objetos impresos encogibles a partir del polímero de base biológica ácido poliláctico, o PLA.
La segunda posibilidad reside en la gestión inteligente del proceso de impresión. En resumen, la elección del material, la temperatura de procesamiento y la velocidad de impresión pueden utilizarse para ajustar no sólo el comportamiento de contracción, sino también el estado de curvatura.
Desarrollo desde el monómero hasta el reciclaje mecánico
El primer paso del proyecto fue desarrollar el material y transferir los hallazgos del TPU al PLA. El segundo paso fue desarrollar un demostrador: un abrepuertas que se encoge en un picaporte para que se pueda manejar con el codo sin contacto con la mano. El desmontaje es sencillo: al recalentarse, el abrepuertas se desprende de la manilla sin dejar ningún residuo.
Cuando el objeto de impresión ya no se necesita, se puede moler y volver a procesar para convertirlo en filamento que puede utilizarse al menos una vez más para la impresión 4D.
Los cuatro institutos Fraunhofer aportaron su experiencia específica: el Fraunhofer IAP sintetizó el polímero con memoria de forma, desarrolló la tecnología de impresión 4D y llevó a cabo el reciclaje mecánico. Linda Weisheit, del Instituto Fraunhofer de Máquinas-Herramienta y Tecnología de Conformación IWU, desarrolló el concepto de rigidez programable de los materiales 4D. El Instituto Fraunhofer de Matemáticas Industriales ITWM realizó simulaciones matemáticas para diseñar el demostrador.