La producción de objetos hechos de vidrio mediante la impresión 3D no es fácil. Solo unos pocos investigadores en todo el mundo han intentado producir vidrio utilizando métodos aditivos. Algunos intentos giraban en torno a la fabricación de objetos imprimiendo vidrio fundido, pero esto requiere de temperaturas extremadamente altas y por tanto equipos resistentes al calor. Otros en cambio, han utilizado partículas cerámicas en polvo que pueden imprimirse a temperatura ambiente y luego sinterizarse para crear vidrio; sin embargo, los objetos producidos de esta manera no son muy complejos. 

Ahora, Investigadores de la universidad ETH Zurich, han utilizado una nueva técnica para producir objetos de vidrio complejos con impresión 3D. El método se base en la estereolitografía, una de las primeras técnicas de impresión 3D desarrolladas durante la década de 1980. David Moore, Lorenzo Barbera y Kunal Masania del grupo de Materiales complejos , y liderados por el procesador ETH André Studart, han desarrollado una resina especial que contiene un plástico y moléculas orgánicas a las que se unen los precursores de vidrio. Los investigadores informaron sobre sus resultados en el último número de la revista Natural Materials.

La luz utilizada para “hacer crecer” objetos

La resina puede procesarse utilizando una tecnología de procesamiento de luz digital (DLP Technology) disponible comercialmente , que implica irradiar la resina con patrones de luz UV. Allá donde la luz incide sobre la resina se produce un endurecimiento debido a los componentes sensibles a la luz de esta resina polimérica. Los monómeros plásticos se combinan para formar una estructura en forma de laberinto, creando el polímero. Moléculas cerámicas llenan los intersticios de este laberinto. Gracias a todo esto, un objeto se puede construir capa por capa. 

Los investigadores pueden cambiar varios parámetros en cada capa, incluido el tamaño del poro: intensidades de luz débiles producen poros grandes, mientras que una iluminación intensa produce poros pequeños. “Descubrimos esto por accidente, pero podemos usarlo para influir directamente en el tamaño del poro del objeto impreso”, explica Masania. 

Los investigadores también pueden modificar la microestructura, capa por capa, al mezclar sílice con borato o fosfato y agregarlo a la resina. Estos objetos complejos se pueden hacer de diferentes tipos de vidrio, o incluso combinarse en el mismo objeto usando esta técnica. 

Finalmente, se dispara el material producido de esta manera a dos temperaturas diferentes: 600 ºC para quemar la estructura del polímero y luego alrededor de 1000ºC para densificar la estructura cerámicas en vidrio. Durante este proceso de disparo, los objetos se encogen significativo, pero se vuelven transparentes y duros como el cristal de una ventana. 

Estos objetos de vidrio impresos 3D aún no son más grandes que un dado. Grandes objetos, como botellas, vasos o cristales de ventanas, aún no se pueden producir de esta manera, lo que tal como señalan los autores de la investigación, no era el objetivo del proyecto.

“Nuestro objetivo era demostrar la viabilidad de producir objetos de vidrio de geometría compleja utilizando un proceso de impresión 3D”. El equipo ya ha solicitado la patente y actualmente están negociando con un importante distribuidor de cristaleria suizo que quiere usar la tecnología en su empresa.

Créditos de imágenes: Group for Complex Materials / ETH Zurich