Autor: Rocío Ariza

La llegada de la impresión 3D está suponiendo una gran revolución en la manera de entender la fabricación actual, pero no es menos cierto que este avance debe ir acompañado del desarrollo de nuevas técnicas y materiales que permitan imprimir una gran variedad de objetos.

En los últimos años se han hecho grandes avances respecto a con qué tipos de materiales podemos imprimir en 3D, desde tejidos orgánicos como piel hasta celulosa o vidrio. Esto nos lleva a poder imprimir una casa entera o incluso zapatillas de deporte, objetos que se alejan bastante de la idea que en un principio podemos tener de este tipo de fabricación.

Pero, ¿cómo se pasa de pequeñas piezas de plástico a productos plenamente funcionales? Para ello empecemos por el principio. La impresión 3D es un proceso por el cual se va construyendo el objeto depositando el material capa a capa. Típicamente los materiales más sencillos de imprimir serán polímeros termoplásticos y termoestables, cada uno con una técnica adecuada a sus propiedades. Sin embargo, la utilización únicamente de estos polímeros hace que las propiedades de los objetos impresos sean bastante escasas.

Es aquí donde aparecen los materiales compuestos. Mediante la introducción de un segundo material en la matriz polimérica se pueden conseguir propiedades que anteriormente no estaban presentes en ninguno de los materiales por separado. Esto es bien conocido en los materiales compuestos tradicionales, así que ¿por qué no hacerlo también en la impresión?

Podemos considerar la introducción de distintos materiales y estructuras. La adición de partículas para el refuerzo de la matriz polimérica es muy usado debido a las propiedades y la facilidad de mezcla que tienen. Dependiendo del material de estas partículas se puede conseguir una mejora significativa en fuerzas de tracción, resistencia ante el desgaste, permitividad eléctrica o mejoras disipando calor.

Otra de las alternativas que nos ofrecen estos materiales compuestos es la introducción de fibras como refuerzo. Las fibras más empleadas son la fibra de vidrio y la fibra de carbono, las cuales mejoran significativamente las propiedades mecánicas. Sin embargo, la orientación de las fibras es fundamental, lo que influye en la técnica que se debe emplear para su impresión. Un ejemplo sencillo de la mejora que puede suponer este tipo de compuesto es el que forman ABS/fibras de carbono, mejorando su comportamiento en tracción un 150% respecto a ABS sin reforzar.

Una tercera opción que se está estudiando es la introducción de nanomateriales, mejorando las propiedades mecánicas, eléctricas o térmicas. En este tipo de compuestos hay que tener especial cuidado con la distribución de las nanopartículas en el material ya que por efectos de superficie tenderán a aglomerarse en estructuras mayores, perdiendo así las características que podemos obtener de la nanoescala. Para evitar esta situación, las nanopartículas se recubren de un segundo polímero que no interfiera en la mezcla.

Todo esto está genial. Ya sabemos cómo se pueden mejorar las propiedades de los materiales tradicionales que se usan para impresión, pero ¿para qué nos puede servir?

Las aplicaciones son muy diversas y están abriendo campos que antes no se contemplaban. En biomedicina, por ejemplo, la impresión 3D se ha aliado con las técnicas de imagen médica como la tomografía computerizada o la resonancia magnética. Esta alianza permite construir modelos anatómicamente exactos de prótesis, andamios para crecimiento óseo, réplicas de tumores para preparar cirugías complejas o incluso la creación de meniscos artificiales.

Otra de las aplicaciones que más repercusión pueden tener es en el campo de la aeronáutica, donde muchas de las piezas que se emplean tienen formas complejas y el peso de los elementos tiene un papel fundamental. Los metales son los materiales más usados en este sector por su fuerza, aunque el desarrollo de polímeros con alta resistencia a la temperatura hace que sean una opción mucho más eficiente por su bajo peso y sean una alternativa a tener en cuenta para la creación de piezas mediante impresión 3D.

Existen muchas limitaciones que aún están por superar en el campo de los materiales utilizados para la impresión 3D. Aunque se han conseguido grandes avances en las propiedades finales con la introducción de materiales compuesto, existen cuantiosas diferencias con las propiedades del material obtenido por técnicas tradicionales.

Es sólo cuestión de tiempo que las técnicas se perfeccionen tanto que muchos de los objetos que usamos día a día se puedan construir por técnicas de adición de materiales. Incluso, gracias al campo de los materiales compuestos, quién sabe qué nuevas propiedades pueden aparecer que nos permitan fabricar cosas que a día de hoy no somos capaces de imaginar.

Referencias:

  • Wang, X., Jiang, M., Zhou, Z., Gou, J., & Hui, D. (2017). 3D printing of polymer matrix composites: A review and prospective. Composites Part B: Engineering, 110, 442-458.