A lo largo de los últimos años en esta columna hemos seguido muy de cerca el desarrollo de la tecnología de impresión 3-D. Precisamente sobre este tema, en el presente artículo, compartido por un estimado colega, se nos proporciona información del desarrollo de una nueva y futurista impresora 3D que es tan grande y tan rápida que puede imprimir un objeto del tamaño de un humano adulto en sólo un par de horas. Este desarrollo lo realizaron investigadores de la Northwestern University (NU) y lo dieron a conocer en su boletín digital el 17 de octubre de 2019 en un documento de difusión escrito por Amanda Morris. Veamos de qué se trata…

Llamada HARP (impresión rápida de área grande) la nueva tecnología permite un rendimiento récord que la convierte ya en estos momentos en un equipo con el potencial de fabricar productos bajo demanda. En los últimos 30 años, la mayoría de los esfuerzos en la impresión 3D se han enfocado a superar los límites de las tecnologías heredadas. A menudo, el buscar fabricar piezas más grandes ha tenido un costo reflejado en una disminución de velocidad, rendimiento y resolución. Con la tecnología HARP, estas desventajas se superan, lo que le permite competir con la resolución y el rendimiento de las técnicas de fabricación tradicionales.

El prototipo de tecnología HARP mide 3.96 metros de altura con una cama de impresión de 2322 centímetros cuadrados y puede imprimir aproximadamente medio metro en una hora, un rendimiento récord para el campo de impresión 3D. Esto significa que puede imprimir partes individuales, grandes o muchas partes pequeñas diferentes a la vez.

"La impresión 3D es conceptualmente poderosa pero se ha limitado ya en la práctica", dijo Chad A. Mirkin de UN, quien dirigió el desarrollo del producto. "Si pudiéramos imprimir rápidamente sin limitaciones en cuanto a materiales y tamaño, podríamos revolucionar la fabricación. HARP está preparada para hacerlo".

Mirkin predice que HARP estará comercialmente disponible en los próximos 18 meses.

El trabajo de investigación será (fue) publicado el 18 de octubre en la revista Science. Mirkin es profesor de química de la Cátedra George B. Rathmann en el Weinberg College of Arts and Sciences de NU y director del International Institute of Nanotechnology. David Walker y James Hedrick, ambos investigadores que trabajan en el laboratorio de Mirkin, fueron coautores del artículo.

Manteniéndolo fresco

HARP utiliza una nueva versión de estereolitografía pendiente de patente, un tipo de impresión 3D que convierte el plástico líquido en objetos sólidos. HARP imprime verticalmente y utiliza luz ultravioleta que se proyecta para curar las resinas líquidas en el plástico endurecido. Este proceso puede imprimir piezas duras, elásticas o incluso cerámicas. Estas piezas impresas en forma continua son mecánicamente robustas en comparación con las estructuras laminadas comunes en otras tecnologías de impresión 3D. Se pueden usar como piezas para automóviles, aviones, odontología, aparatos ortopédicos, moda y mucho más.

Un factor limitante importante para las impresoras 3D actuales es el calor. Las impresoras 3D a base de resina generan mucho calor cuando se ejecuta a altas velocidades, a veces superior a 180 grados centígrados. Esto no sólo conduce a temperaturas peligrosamente altas en la superficie, sino que también puede hacer que las piezas impresas se agrieten y se deformen. Cuanto más rápido es, más calor genera la impresora. Y si es grande y rápido, el calor es increíblemente intenso.

Este problema ha convencido a la mayoría de las empresas de impresión 3D a permanecer pequeñas. "Cuando estas impresoras funcionan a altas velocidades, se genera una gran cantidad de calor a partir de la polimerización de la resina", dijo Walker. "No tienen forma de disiparlo".

'Teflón líquido'

La tecnología Northwestern evita este problema con un líquido antiadherente que se comporta como el teflón líquido. HARP proyecta luz a través de una ventana para solidificar la resina sobre una placa que se mueve verticalmente. El teflón líquido fluye sobre la ventana para eliminar el calor y luego lo circula a través de una unidad de enfriamiento.

"Nuestra tecnología genera calor al igual que los demás", dijo Mirkin. "Pero tenemos una interfaz que elimina el calor".

"La interfaz también es antiadherente, lo que evita que la resina se adhiera a la impresora", agregó Hedrick. "Esto aumenta la velocidad de la impresora en cien veces porque las piezas no tienen que ser cortadas repetidamente desde la parte inferior del tanque de impresión".

Adiós almacenes

Los métodos de fabricación actuales pueden ser procesos engorrosos. A menudo requieren el llenado de moldes prediseñados, que son caros, estáticos y ocupan un valioso espacio de almacenamiento. Mediante el uso de moldes, los fabricantes imprimen piezas con anticipación, a menudo adivinando cuántas se podrían necesitar, y las almacenan en almacenes gigantes.

Aunque la impresión 3D está pasando de la creación de prototipos a la fabricación industrial, el tamaño y la velocidad actuales de las impresoras 3D los han limitado a la producción en lotes pequeños. HARP es la primera impresora que puede manejar lotes grandes y piezas grandes además de piezas pequeñas.

" Dado que puede imprimir en gran formato y además muy rápido, realmente puede cambiar la forma en que pensamos sobre la fabricación industrial", dijo Mirkin. "Con HARP, puedes construir lo que quieras sin moldes y sin un almacén lleno de piezas. Puedes imprimir cualquier cosa que puedas imaginar a pedido".

La más grande en su clase

Mientras que otras tecnologías de impresión han ralentizado o reducido su resolución para hacerse grande, HARP no hace tales concesiones.

"Obviamente, hay muchos tipos de impresoras 3D: se observa ya impresoras construyendo edificios, puentes y carrocerías, y también se observa impresoras que pueden hacer piezas pequeñas a resoluciones muy altas", dijo Walker. "Estamos entusiasmados porque esta es la impresora más grande y de mayor rendimiento en su clase".

Las impresoras en la escala de HARP a menudo producen piezas que deben lijarse o mecanizarse hasta su geometría final. Esto agrega un gran costo laboral al proceso de producción. HARP pertenece a una clase de impresoras 3D que utilizan patrones de luz de alta resolución para lograr piezas listas para usar sin un procesamiento posterior extenso. El resultado es una ruta comercialmente viable para la fabricación de bienes de consumo.

Nano se vuelve grande

Mirkin, un experto de renombre mundial en nanotecnología, inventó la impresora más pequeña del mundo en 1999. Llamada nanolitografía de pluma sumergida, la tecnología utiliza una pluma pequeña para modelar las características a nanoescala. Luego hizo la transición a una serie de bolígrafos pequeños que canalizan la luz a través de cada bolígrafo para generar localmente características de materiales fotosensibles. La interfaz especial antiadherente utilizada en HARP se originó al trabajar para desarrollar esta tecnología en una impresora 3D a nanoescala.

"Desde un punto de vista volumétrico, hemos abarcado más de 18 órdenes de magnitud", dijo Mirkin.

El estudio, "Impresión 3D rápida, de gran volumen y controlada térmicamente utilizando una interfaz líquida móvil", fue fondeado por la Air Force Office of Scientific Research (número de proyecto FA9550-16-1-0150), el Department of Energy de los EUA (número de proyecto DE-SC0000989) así como por la Fundación Sherman Fairchild.

Fuente:

https://news.northwestern.edu/stories/2019/10/biggest-fastest-3d-printer-is-future-of-manufacturing/