La impresión 3D está llamada a revolucionar la industria de la fabricación, así como otros campos relacionados con la salud, la ingeniería biomédica o incluso el arte. Pese a que se han desarrollado múltiples aplicaciones exitosas donde la impresión 3D juega un papel fundamental todavía la tecnología cuenta con importantes limitaciones que limitan su desarrollo. Una de estas limitaciones es el hecho de que con la mayoría de técnicas de impresión 3D solo se pueden producir piezas hechas de un solo material a la vez. La posibilidad de usar diferentes materiales y producir piezas de múltiples composiciones llevaría a la fabricación aditiva a nuevos costas de innovación con la posibilidad de desarrollar aplicaciones más complejas. 

Una nueva investigación utiliza diferentes longitudes de onda de la luz para lograr esta complejidad. Los científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison desarrollaron una nueva impresora 3D que utiliza patrones de luz visible y ultravioleta para determinar cuál de los dos monómeros se polimeriza para formar un material sólido. Diferentes patrones de luz proporcionan el control espacial necesario para producir piezas multimateriales. El trabajo fue publicado en la revista científica Nature Communications. 

La impresión 3D es el proceso de hacer objetos tridimensionales sólidos a partir de un archivo digital mediante la adición sucesiva de finas capas de material sobre las capas anteriores. La mayoría de métodos de impresión 3D de material múltiples utilizan depósitos separados de materiales para obtener diferentes materiales en la posición correcta. Los investigadores se dieron cuenta de que un enfoque similar al método utilizado de un solo recipiente químico para sintetizar moléculas sería más práctico que múltiples dispositivos con diferentes materiales. Esta aproximación se basa en la utilización de diferentes longitudes de onda de la luz para controlar qué materiales de partida se polimerizan en las diferentes secciones del producto sólicos. Estos materiales, inicialmente, comienzan como químicos simples, conocidos como monómeros, que se polimerizan junto a una cadena más larga de químicos, similar a la forma en que se fabrica el plástico. 

“Este es un cambio en la forma en que pensamos acerca de la impresión 3D con múltiples tipos de materiales en un objeto.” señaló el profesor de química A.J. Boydston, quien dirigió el trabajo junto con la estudidante de grado Johanna Schwartz.

Los investigadores crearon múltiples imágenes digitales que, cuando se apilan, producen un diseño tridimensional. Las imágenes deciden si se utiliza luz ultravioleta o visible para polimerizar los materiales de partida, controlando así el material final y sus propiedades, como por ejemplo su rigidez. Para ello se dirige de forma simultánea la luz de dos proyectores hacia una cuba de materiales inicialmente en estado líquido, donde las capas se construyen una por una en una plataforma. Una vez que se construye una capa, la plataforma de construcción se mueve hacia arriba y la luz ayuda a construir la siguiente capa.

El principal obstáculo al que se enfrentaron Boydston y Schwartz fue la optimización de la química de los materiales de partida. Primero consideraron cómo los dos monómeros se comportarían juntos en una cuba. También tenían que asegurarse de que los monómeros tuvieran tiempos de curado similares para que los materiales duros y blandos de cada capa terminaran de secarse aproximadamente al mismo tiempo.

Con la química correcta en su lugar, Boydston y Schwartz ahora podían dictar exactamente dónde curaba cada monómero dentro del objeto impreso mediante el uso de luz ultravioleta o visible.

«En esta etapa, solo hemos logrado colocar materiales duros junto a materiales blandos en un solo paso”, explica Boydston. “Hay muchas imperfecciones, pero estos son nuevos desafíos emocionantes».

En próximas investigación Boydston espera probar nuevas combinaciones de monómeros y el desarrollo de esta técnica de impresión 3D de múltiples materiales controlada por la longitud de onda de la luz. Este novedoso enfoque podría permitir a diseñadores, artistas, ingenieros y científicos crear sistemas significativamente más complejos con la impresión 3D. Las aplicaciones podrían abarcar la creación de dispositivos médicos personalizados, como prótesis, o el desarrollo de órganos y tejidos simulados.