Impresión 3D mediante ultrasonidos

La mayoría de los métodos de impresión 3D que se utilizan actualmente se basan en reacciones activadas por la luz o el calor para lograr una manipulación precisa de los polímeros empleados. El desarrollo de una nueva forma de impresión llamada "impresión sónica directa" (DSP por sus siglas en inglés), que utiliza ondas sonoras para producir nuevos objetos, puede ofrecer una nueva opción.

Las frecuencias ultrasónicas ya se utilizan en procedimientos destructivos como la ablación de tejidos y tumores. El equipo de Muthukumaran Packirisamy y Mohsen Habibi, de la Universidad Concordia en Canadá, se propuso usarlas para fabricar cosas.

El nuevo proceso se basa en el uso de ondas de ultrasonido focalizadas para crear reacciones sonoquímicas en minúsculas burbujas suspendidas en una solución polimérica líquida. Las temperaturas y presiones extremas que duran billonésimas de segundo pueden generar geometrías complejas prediseñadas que no pueden conseguirse con las técnicas convencionales.

El equipo de investigación y desarrollo constató que utilizando el tipo adecuado de ultrasonidos con una frecuencia y una potencia idóneas, es posible crear regiones muy focalizadas y químicamente reactivas en puntos muy localizados. Básicamente, las burbujas pueden utilizarse como reactores de muy alta eficiencia para impulsar reacciones químicas que transformen la resina líquida en estructuras sólidas o semisólidas.

Las reacciones provocadas por la oscilación dirigida por ondas ultrasónicas en el interior de las microburbujas son intensas, aunque solo duran picosegundos. La temperatura en el interior de la cavidad o burbuja se dispara hasta unos 15.000 grados centígrados y la presión supera los 1.000 bares (la presión de la superficie terrestre a nivel del mar es de aproximadamente un bar). El tiempo que dura la reacción es tan breve que el material circundante no se ve afectado.

Recreación artística del concepto de impresión 3D mediante ultrasonidos. (Ilustración: Amazings / NCYT)

El equipo de Packirisamy cree que la versatilidad de la impresión sónica directa será de gran utilidad para sectores de actividad como por ejemplo el de la microfluídica. El polímero PDMS, por ejemplo, se utiliza mucho en microfluídica. Los fabricantes de este campo requieren trabajar en entornos muy controlados (salas blancas) y usar técnicas litográficas muy sofisticadas para crear los dispositivos médicos y biosensores de interés.

Las tareas de mantenimiento y reparación en el sector aeroespacial también pueden beneficiarse de la impresión sónica directa, ya que las ondas ultrasónicas penetran a través de superficies como las carcasas metálicas, difíciles de traspasar mediante otras técnicas. Esto puede permitir al personal de mantenimiento reparar piezas situadas en las profundidades del fuselaje de un avión que serían inaccesibles para las técnicas de impresión que dependen de reacciones fotoactivadas.

La impresión sónica directa podría tener incluso aplicaciones médicas para la impresión remota dentro del cuerpo de los seres humanos.

Packirisamy, Habibi y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nuevo método de impresión 3D en la revista académica Nature Communications, bajo el título “Direct sound printing”. (Fuente: NCYT de Amazings)