Un anillo de boda que guarda un fragmento de roca lunar. Estructuras para jardines hidropónicos adaptadas a cualquier forma deseada. Boquillas de combustible para motores a reacción. Una plantilla de Aston Martin. Estos son solo algunos ejemplos de la creciente lista de estructuras impresas en 3D que han ocupado titulares tecnológicos de forma constante durante los últimos dos años. Ahora que las impresoras 3D domésticas se venden por menos de 500 $ y se espera que el mercado alcance los 16.200 millones de dólares estadounidenses en 2018, la impresión 3D (3DP) ha llegado para quedarse.
Aunque la idea de imprimir en 3D de todo, desde guitarras hasta teléfonos móviles y piezas para reemplazos de cadera empieza a calar en el imaginario cultural, las capacidades de esta tecnología aún no han alcanzado todo su potencial. Y, como han demostrado investigadores como Jennifer Lewis, de la Universidad de Harvard, esas posibilidades podrían extenderse algún día a escalas grandes (edificios, el espacio) y pequeñas (a nivel nano y atómico).
La Sra. Lewis y su grupo de investigación se centran en crear, capa por capa, estructuras precisas de apenas un micrómetro, y en desarrollar la química, los materiales, el software y las máquinas necesarios para imprimir en 3D una variedad de objetos a una escala que la mayoría de las personas calificaría, sencillamente, de «realmente diminuta». En 2013, por ejemplo, su laboratorio utilizó con éxito nanopartículas de plata para imprimir electrodos microscópicos para pequeñas baterías de iones de litio.
Algunos de los trabajos más prometedores del grupo implican la impresión 3D de células biológicas; los productos finales podrían utilizarse en última instancia en medicina regenerativa. No son los únicos que exploran esta vía. Un laboratorio de la Universidad de Princeton ya ha impreso una oreja biónica que combina componentes electrónicos con tejido biológico, mientras que un equipo de la Universidad de Cambridge logró imprimir células de la retina. Asimismo, fuera del ámbito de la impresión 3D, investigadores de Singapur y Cambridge han inducido a células madre a crear estructuras autoorganizadas que, con el tiempo, podrían convertirse en una sección del hígado o del cerebro.
Sin embargo, el laboratorio de la Sra. Lewis fue el primero en desarrollar métodos para imprimir en 3D tejidos biológicos complejos y gruesos, interconectados con tubos huecos para vasos sanguíneos. Lograr estructuras tan complejas a microescala exige superar obstáculos, entre ellos la fragilidad térmica o estructural de los materiales empleados cuando se someten a presión dentro de la boquilla de impresión.
En productos como los semiconductores, reforzar los materiales tradicionales con fibras microscópicas de carbono puede ofrecer una solución alternativa. Para las frágiles células vasculares, el laboratorio desarrolla tintas que aprovechan las propiedades protectoras y viscoelásticas de los geles coloidales. Algunas de esas tintas contienen una proporción precisa de material gelatinoso y células cutáneas de ratón o humanas. Bajo presión, las tintas fluyen continuamente por la boquilla y conservan su forma, lo que permite imprimir tejido.
Las capas destinadas a convertirse en tubos huecos para las células vasculares contienen una tinta que sale en estado sólido y gelatinoso a temperatura ambiente, pero se licua al enfriarse. Tras imprimir tejido complejo que incluye capas de esta tinta, los investigadores enfrían el tejido y extraen la tinta licuada al vacío, dejando los tubos huecos incrustados en la estructura. Luego, estos pueden llenarse con células que normalmente forman los vasos sanguíneos.
La capacidad de crear de este modo estructuras complejas y diminutas podría ser fundamental para el mercado médico de la impresión 3D biológica, cuyo valor podría alcanzar entre 3.000 y 5.000 millones de dólares en 10 años, según la empresa de investigación de mercado IDTechEx.
Pero alcanzar grandes dimensiones será igualmente importante para la viabilidad de la impresión 3D a largo plazo. Para ampliar la escala será fundamental seguir desarrollando materiales ligeros, resistentes, flexibles y dinámicos. Ya se utilizan polímeros de alto rendimiento en artículos como piezas de motores a reacción. Sin embargo, para alcanzar una gran escala, los materiales también deberán cumplir umbrales estrictos, como las normas de rendimiento de edificios relativas a cargas vivas, muertas, sísmicas y de viento, así como a aislamiento y prevención de incendios. También tendrán que resistir la humedad, el calor y otros factores ambientales que pueden expandir, contraer y erosionar la construcción.
Con esto en mente, los arquitectos del proyecto 3D Print Canal House de Ámsterdam han estado imprimiendo con bioplásticos elaborados con un 80% de aceite vegetal, que se funden a 170 grados Celsius. Aún no está claro si un plástico así sería adecuado para viviendas que no estén concebidas como proyectos de investigación. Al imprimir casas y edificios de oficinas, también será necesario permitir modificaciones posteriores a la construcción del cableado o la corrección de problemas imprevistos en la estructura. Por ejemplo, habrá que tener en cuenta los conductos eléctricos, de fontanería y de aire acondicionado. También habrá que considerar la posibilidad de incorporar sensores en las paredes. En el futuro, la construcción impresa en 3D preparada para el Internet de las cosas podría ofrecer, en última instancia, paredes interactivas con circuitos integrados, suelos radiantes que ajustan la temperatura y ventanas con óptica mejorada.
Otro obstáculo que hay que superar para hacer viable la fabricación aditiva a gran escala es la velocidad de producción. Actualmente, imprimir un solo anillo de boda en cera puede llevar hasta cuatro horas. Fabricantes de automóviles como Ford Europe también han declarado públicamente que la tecnología sigue siendo demasiado lenta y costosa para implementar la impresión aditiva en la producción en masa de grandes volúmenes. (Sin embargo, la industria sí utiliza la impresión 3D para fabricar prototipos de piezas, que pueden imprimirse en cuatro días en lugar de cuatro meses y por 3.000 $ en lugar de 500.000 $).
En la construcción de edificios, lograr velocidad a gran escala quizá sea simplemente cuestión de construir impresoras enormes, siguiendo el ejemplo del profesor Behrokh Khoshnevis, de la Universidad del Sur de California. Durante los últimos más de 10 años, ha creado un sistema para imprimir estructuras de 400 pies cuadrados y está desarrollando enormes impresoras 3D con la esperanza de construir en 24 horas una vivienda de hormigón de 2.500 pies cuadrados y varios niveles. La empresa china Win Sun ya afirma haber utilizado cuatro impresoras, cada una de 150(l)x10(w)x6.6(h) metros, para imprimir 10 casas de hormigón de 200 metros cuadrados.
Sin embargo, el mayor factor que dificulta la ampliación podría ser el costo, y el reciclaje quizá desempeñe un papel en este aspecto. Utilizando residuos de construcción y materiales, el proyecto de Win Sun en China afirma haber creado un hormigón de secado rápido que le permite imprimir en 3D una casa de 650 pies cuadrados por menos de 5.000 $; a principios de este año, presentó su primera casa impresa en 3D de 6 plantas en Suzhou Industrial Park. Studio Swine, con sede en Londres, va aún más lejos y desarrolla métodos para reciclar plásticos flotantes en el océano y convertirlos en materiales de impresión 3D. Pronto, la basura de una persona podría convertirse en el tesoro de todos.
Este artículo se publica en colaboración con GE Look Ahead. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde estas opiniones.
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Autora: Holly Hickman escribe para GE Look Ahead.
Imagen: Una figura se imprime con la impresora 3D F1 de Aurora durante la exposición Computex 2014, en el pabellón de exposiciones TWTC Nangang de Taipéi. REUTERS/Pichi Chuang
