La impresión 3D en sí misma ya no es una tecnología nueva, pero eso no ha impedido que los investigadores e innovadores de todo el mundo presenten nuevas aplicaciones y oportunidades. Algunos experimentos con nuevos materiales han sido impulsados por preocupaciones con respecto a la sostenibilidad y otros son simplemente el resultado de la imaginación y la creatividad. Otros han optado por invertir su tiempo utilizando materiales más tradicionales de nuevas maneras. Los materiales, sin embargo, son solo el comienzo. Los investigadores han desarrollado nuevos procesos que permiten la creación de objetos que antes eran imposibles de imprimir y, a mayor escala, se están probando nuevas tipologías de edificios, ¡incluido un hábitat en el planeta Marte!
Nuevos materiales
Papel reciclado
Si bien la tecnología de impresión 3D ha evolucionado continuamente en los últimos años, alcanzando nuevas escalas, industrias y materiales, las preocupaciones sobre la sostenibilidad continúan. La impresión en 3D puede eliminar algunos desperdicios de los procesos de fabricación tradicionales, así como aumentar la eficiencia, pero el problema sigue siendo que la mayoría del material de impresión utilizado todavía es plástico. La diseñadora Beer Holthuis estaba decidida a inventar un material más sostenible para la impresión 3D y ha desarrollado un método que utiliza fibras de papel húmedo. La Paper Pulp Printer es la primera impresora 3D del mundo que usa pulpa de papel en lugar de materiales plásticos o híbridos de plástico. A diferencia del papel normal, el papel impreso es resistente y duradero. Los seres humanos producen una gran cantidad de residuos de papel, por lo que es un material ampliamente disponible. Combinado con un agente aglutinante natural, el sistema de circuito cerrado significa que los productos también pueden reciclarse continuamente.
Acero
Los diseñadores en Holanda han usado la impresión 3D para hacer que los materiales familiares funcionen de nuevas maneras. El primer puente de acero inoxidable impreso en 3D del mundo fue presentado en la Semana del Diseño Holandés en octubre de 2018 por la compañía de robótica MX3D. El puente fue construido por robots de seis ejes a partir de capas de acero fundido para mostrar las aplicaciones potenciales de la tecnología de impresión 3D multieje. El puente también cuenta con sensores inteligentes para rastrear el rendimiento de la estructura en términos de tensión, rotación, carga, desplazamiento y vibración. Está previsto que el puente se instale en uno de los canales más antiguos de Ámsterdam a mediados de 2019.
Cerámica
En una colaboración interdisciplinaria entre investigadores en arquitectura, cerámica y computación, un grupo de la Universidad Estatal de Iowa está investigando las posibles oportunidades presentadas al imprimir cerámica usando la impresora 3D Potter. El año pasado, desarrollaron una fachada de cerámica impresa en 3D que se puede integrar con el sistema mecánico de un edificio para controlar la luz, el flujo de aire y la privacidad, al mismo tiempo que proporcionan beneficios de enfriamiento por evaporación. Los patrones tejidos en la pantalla crean "micro-poros" que ayudan a ventilar y enfriar el espacio a medida que el aire fluye. El proyecto incluyó una maqueta a gran escala ensamblada a partir de 140 piezas impresas individuales.
Comida
La impresión 3D también está llevando a múltiples innovaciones en el mundo culinario. La empresa Universal Favorite ha desarrollado un molde impreso en 3D para crear su línea de chocolates complementarios. Los chocolates se moldean para que dos sabores se puedan encajar con precisión como piezas de rompecabezas y comerse como uno solo. También hay empresas como Choc Edge que han creado impresoras que imprimen en 3D con el mismo chocolate, creando diseños intrincados y comestibles.
Nuevos Procesos
Vidrio
El vidrio es un material que a menudo se pensaba que era demasiado desafiante e incluso peligroso para trabajar dentro de la impresión 3D. Los métodos anteriores han involucrado el calentamiento del vidrio a temperaturas de alrededor de 1,800 grados Fahrenheit (1,000 grados Celsius). Los productos finales de estos métodos también fueron gruesos y de textura rugosa. En un nuevo método desarrollado en el Instituto de Tecnología de Karlsruhe en Alemania, los científicos pudieron usar una impresora 3D estándar para crear estructuras complejas de vidrio utilizando una especie de "vidrio líquido". Las nanopartículas de sílice se dispersan en una solución acrílica, el objeto se imprime, y luego se utiliza la luz ultravioleta para endurecer el material y convertirlo en una clase de plástico. Finalmente, el objeto impreso está expuesto a altas temperaturas que hacen que los plásticos se quemen y que las partículas de sílice se fundan en un vidrio transparente y liso. Con el uso de aditivos, se puede producir incluso vidrio con color.
Réplicas de madera
Replicar el aspecto exterior de diferentes materiales es una capacidad establecida de la impresión 3D, pero crear una estructura interior precisa ha sido más difícil. Investigadores de la Universidad de Columbia de Nueva York han desarrollado un método de escaneo que, combinado con la impresión 3D, pudo imitar con precisión la estructura interna y externa de materiales como la madera. Se utilizó un bloque de madera real como guía para crear el modelo. Primero se cortó a intervalos de 27 micrómetros (0,027 mm) utilizando un molino de control numérico computarizado (CNC), luego las imágenes creadas por las rebanadas se prepararon para imprimir utilizando un código imprimible en 3D y una impresora de inyección de polietileno. El significado clave de este éxito es que el flujo de trabajo que los investigadores utilizaron puede aplicarse a la creación de réplicas impresas en 3D de otros objetos con estructuras internas complejas que antes eran imposibles de lograr.
Tipología / escala
Hormigón
En otra historia de innovación holandesa, la ciudad de Eindhoven apunta a ser el hogar del primer proyecto de vivienda comercial del mundo hecho de concreto impreso en 3D. En un enfoque por fases que permite mejoras a lo largo del camino, los elementos para la primera casa se imprimirán en la Universidad de Tecnología de Eindhoven, con el objetivo de que todo el proceso se complete en el lugar mediante la construcción de la quinta casa. La variedad de formas y colores disponibles a través de este proceso, así como la reducción del impacto ambiental y de las emisiones de CO2, representa el impacto que el concreto impreso en 3D puede tener en la industria de la construcción.
Cuartel del ejército
El Cuerpo de Marines de los Estados Unidos recientemente creó el primer cuartel de concreto impreso en 3D del mundo, en colaboración con la firma de arquitectura SOM. Hemos visto otras estructuras de concreto impresas en 3D, pero una aplicación militar tiene algunos beneficios únicos. La flexibilidad sería una de las de las principales mejoras en relación a las condiciones actuales; en lugar de limitarse a los materiales que traen los infantes de marina, si tienen acceso a la impresora de campo, una computadora y bolsas de concreto, pueden construir cualquier estructura para satisfacer sus necesidades particulares. En una prueba realizada en agosto de 2018, el grupo pudo imprimir un cuartel de 500 m² en 40 horas. SOM diseñó los muros para seguir un "diseño chevron" que tiene la ventaja de que son autosustentables y 2,5 veces más fuertes que los muros de concreto reforzado rectos en una prueba de simulación destructiva. El cuartel es la primera estructura impresa en 3D aprobada para uso humano en los Estados Unidos según los estándares del Código Internacional de Construcción (International Building Code) y el Cuerpo de Marines anticipa el despliegue de los primeros prototipos de impresoras en 2021.
Tierra
La empresa italiana WASP ha creado una casa impresa en 3D, llamada Gaia, a partir de materiales naturales encontrados en el entorno, es decir, tierra y productos residuales de la producción de arroz. Diseñada para ser un modelo de casa ecológica, Gaia se imprimió con la Crane WASP, una impresora 3D a gran escala. El diseño corrugado de los muros permite espacio para el aislamiento térmico de la cáscara de arroz, así como para las cámaras de ventilación dentro de las paredes, lo que mantiene el espacio interior a una temperatura agradable tanto en clima frío como caliente. Con unos pocos componentes de madera para los dinteles de las ventanas y el techo, la casa casi no tiene impacto ecológico y tomó alrededor de 100 horas en completarse.
Marte
La NASA está investigando las capacidades de impresión 3D en el desarrollo de un diseño para hábitats en Marte con su 3D Printed Habitat Challenge. Para su participación en el concurso de diseño, AI SpaceFactory propuso el Proyecto MARSHA (Mars HAbitat), utilizando técnicas de construcción permitidas por la impresión 3D. El diseño es un hábitat para una tripulación de cuatro astronautas que se construirá en Marte, basándose únicamente en los materiales extraídos de la superficie del planeta durante la construcción. La mezcla para la impresión es propuesta por la composición de fibra de basalto (de la superficie de Marte) y un bioplástico renovable (derivado de plantas cultivadas en Marte), eliminando la necesidad de transporte de material desde la Tierra. El diseño de AI SpaceFactory es vertical y cilíndrico, lo que también facilita la impresión. El grupo ahora construirá un prototipo funcional 1:3 de MARSHA para el siguiente nivel de desafío de la NASA.
