La fabricación aditiva, o impresión 3D , cumple 30 años este año. Hoy se encuentra no solo en la industria, sino también en los hogares, pues el precio de las impresoras 3D ha caído por debajo de los 1.000 dólares estadounidenses. Saber que se puede imprimir casi cualquier cosa, no solo marcas en papel, nos abre oportunidades ilimitadas para fabricar juguetes, electrodomésticos y herramientas en nuestros salones.
Pero se puede hacer más con los materiales impresos en 3D para que sean más flexibles y útiles: estructuras capaces de transformarse de una manera preprogramada en respuesta a un estímulo. Recientemente bautizada con el nombre popular de «impresión 4D», quizá sea mejor entenderla como una transformación del objeto a lo largo del tiempo.
Este tipo de deformaciones estructurales no es nuevo: los investigadores ya han demostrado propiedades de «memoria» y de «material inteligente». Una de las tecnologías más populares se conoce como aleación con memoria de forma, en la que un cambio de temperatura desencadena un cambio de forma. Otros métodos eficaces emplean polímeros electroactivos, fluidos o gases presurizados, estímulos químicos e incluso la luz.
En un artículo publicado en Nature Scientific Reports, estudiamos el diseño de complejas autodeformaciones en objetos impresos con varios materiales, como medio para personalizarlos y darles formas específicas.
A diferencia de muchos otros que han demostrado cómo doblar formas sencillas, similares al papel, construimos una estructura reticular bidimensional que se deforma al estirarse o encogerse sobre una compleja superficie tridimensional.
Imaginemos dejar caer una tela plana y elástica sobre un objeto de forma aleatoria, de modo que la tela se amolde a la forma que hay debajo. En términos geométricos, cuando cambia la curvatura de la tela para adaptarse al objeto, cambian las distancias y las áreas. Tuvimos esto en cuenta al ofrecer una solución que permite doblar y también expandir el tamaño, y propusimos varios diseños que demostraron que es posible.
Transformación bajo el agua
El director del Self-Assembly Laboratory del MIT, Skylar Tibbits, inició esta línea de investigación hace unos años con materiales expansibles y deformaciones simples. La colaboración entre investigadores del grupo Camera Culture del MIT y el Self-Assembly Laboratory, y las empresas Stratasys y Autodesk Inc llevó el trabajo más allá.
Nuestro método consistió en imprimir estructuras 3D con materiales de distintas propiedades: uno que permanecía rígido y otro que se expandía hasta el 200 % de su volumen original. Los materiales expansibles se colocaron estratégicamente en la estructura principal para crear articulaciones que se estiraban y plegaban como una pajita flexible al activarse con agua, formando una amplia variedad de figuras. Por ejemplo, se mostró que una forma impresa en 3D que se parecía a las iniciales «MIT» evolucionaba hasta convertirse en otra que parecía llevar las iniciales «SAL».
¿Y ahora qué?
Imaginamos una amplia variedad de aplicaciones, como electrodomésticos y productos capaces de adaptarse al calor o a la humedad para mejorar la comodidad o añadir funcionalidad. Por ejemplo, productos para el cuidado infantil que reaccionen a la humedad o la temperatura, o ropa y calzado que optimicen su forma y función al reaccionar a los cambios del entorno.
También hay aplicaciones en la atención sanitaria para los materiales preprogramados que se deforman por sí mismos: los investigadores están imprimiendo componentes biocompatibles que pueden implantarse en el cuerpo humano. Podrían tener muchos más usos si se pudieran fabricar para cambiar de forma y función sin la intervención externa de un cirujano. Los tubos cardíacos diseñados individualmente son un buen ejemplo.
Esto fue una prueba de concepto de materiales que se transforman por sí mismos, con un proceso de producción sencillo y un conjunto de herramientas disponibles para personalizar y analizar el proceso. Aun así, esto apenas rasca la superficie: en el futuro aspiramos a producir estructuras más grandes que puedan realizar transformaciones más complejas, así como modelos más pequeños y miniaturizados que puedan utilizarse dentro del cuerpo. Aunque comprobamos que las deformaciones podían aplicarse y revertirse repetidamente, el material se degradaba al cabo de un tiempo, por lo que debemos mejorar su durabilidad a largo plazo.
La impresión 4D ofrece mucho campo para experimentar. Ahora que la impresión 3D ha captado nuestra imaginación, basta pensar en lo que podría lograrse al añadir el tiempo a la ecuación.
Este artículo se publica en colaboración con The Conversation. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde estas opiniones.
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Autor: Dan es investigador posdoctoral del grupo Camera Culture en el MIT Media Lab, MIT, Massachusetts Institute of Technology.
Imagen: Una figurilla es impresa por la impresora 3D F1 de Aurora durante la exposición Computex 2014, en el pabellón de exposiciones TWTC Nangang de Taipéi, el 3 de junio de 2014. REUTERS.
