Una revolucionaria técnica de impresión 3D desarrollada por investigadores de la Universidad de Texas en Austin podría revolucionar las prótesis, los dispositivos médicos y la electrónica elástica al integrar perfectamente materiales blandos y duros en un solo objeto.
Inspirados por la capacidad de la naturaleza para combinar dureza y flexibilidad, como la combinación de hueso rígido con cartílago flexible, investigadores de la Universidad de Texas en Austin han sido pioneros en un novedoso método de impresión 3D. Esta técnica, precisa y rápida, integra materiales blandos y duros en un solo objeto mediante diferentes colores de luz.
Este emocionante desarrollo, publicado En Nature Materials, tiene implicaciones revolucionarias para el futuro de las prótesis, los dispositivos médicos y la electrónica flexible, permitiendo en última instancia que los dispositivos se muevan de forma más natural con el cuerpo humano.
“Lo que realmente me motivó a mí y a mi grupo de investigación fue estudiar los materiales en la naturaleza”, declaró en un comunicado de prensa el autor correspondiente Zak Page, profesor adjunto de química en la Universidad de Texas en Austin. “La naturaleza lo hace de forma orgánica, combinando materiales duros y blandos sin fallas en la interfaz. Queríamos replicarlo”.
A papel relacionadoUn artículo publicado en ACS Central Science el 29 de mayo por Page y sus colegas subraya la importancia de este trabajo, describiéndolo como "el futuro de la impresión 3D". Los editores de la revista lo elogiaron en un comentario de "Primeras Reacciones", destacando cómo la luz puede aprovecharse no solo para curar resina, sino también como una herramienta precisa para crear diseños complejos en la fabricación aditiva.
“Este enfoque podría hacer que la fabricación aditiva sea más competitiva para la producción a gran escala en comparación con procesos tradicionales como el moldeo por inyección. Igualmente importante, abre nuevas posibilidades de diseño”, añadió Keldy Mason, autora principal del estudio de ACS Central Science y estudiante de posgrado en el laboratorio de Page. “Esto brinda a ingenieros, diseñadores y fabricantes mayor libertad creativa”.
Uno de los desafíos persistentes en la fabricación de artículos con diversas propiedades físicas es la interfaz del material, que suele fallar con el tiempo. El novedoso método de impresión 3D del equipo soluciona este problema empleando una resina personalizada que se activa mediante exposición a luz dual para iniciar reacciones químicas específicas.
La luz violeta produce un material elástico similar al caucho, mientras que la luz ultravioleta de mayor energía produce una sustancia rígida y duradera. Esto permite crear objetos con zonas precisas de suavidad y dureza en una sola impresión.
“Incorporamos una molécula con ambos grupos reactivos para que nuestras dos reacciones de solidificación pudieran comunicarse entre sí en la interfaz”, añadió Page. “Eso nos proporciona una conexión mucho más fuerte entre las partes blandas y duras, y puede haber una transición gradual si así lo deseamos”.
Los investigadores demostraron su avance imprimiendo una articulación de rodilla funcional con ligamentos flexibles y huesos rígidos. También imprimieron un dispositivo electrónico extensible con un cable de oro capaz de doblarse y estirarse. Ambos prototipos demostraron su potencial de integración fluida en aplicaciones del mundo real.
“Sinceramente, lo que más me sorprendió fue lo bien que funcionó a la primera. Eso casi nunca ocurre con las resinas de impresión 3D”, añadió Page. “También nos impactó la diferencia en las propiedades. Las partes blandas se estiraron como una goma elástica y recuperaron su forma original. Las partes duras eran tan resistentes como los plásticos utilizados en productos de consumo”.
Este innovador proceso no solo mejora la velocidad y la precisión, sino que también hace que la tecnología sea considerablemente más accesible gracias a su simplicidad y asequibilidad. Las aplicaciones potenciales son amplias, desde el prototipado de modelos quirúrgicos hasta la creación de sensores portátiles e incluso robots blandos.
"Podría usarse para crear prototipos de modelos quirúrgicos, sensores portátiles o incluso robots blandos", añadió Page. "Hay muchísimo potencial".
Los coautores del estudio incluyen a Ji-Won Kim, Lynn M. Stevens, Henry L. Cater, Ain Uddin, Marshall J. Allen, Elizabeth A. Recker, Anthony J. Arrowood, Gabriel E. Sanoja, Benny D. Freeman, Ang Gao, Wyatt Eckstrom y Michael A. Cullinan.
Page, Allen y Kim ya han presentado una patente para la nueva tecnología.
Fuente: Universidad de Texas en Austin