Investigadores de la Universidad de Missouri han desarrollado una forma de fabricar dispositivos complejos con múltiples materiales, incluidos plásticos, metales y semiconductores, todo con una sola máquina.
Esta investigación fue publicada recientemente. Comunicaciones de la naturalezaDescribe un novedoso proceso de impresión láser y 3D para crear textiles con sensores multimaterial y multicapa, placas de circuito e incluso componentes electrónicos.
Se llama Proceso de ensamblaje multimaterial de forma libre y promete revolucionar la fabricación de nuevos productos.
Al imprimir sensores integrados dentro de una estructura, la máquina puede crear objetos que pueden detectar las condiciones ambientales, incluidas la temperatura y la presión. Para otros investigadores, podría significar utilizar un objeto de apariencia natural, como una roca o una concha, para medir el movimiento del agua del océano. Para el público, las aplicaciones pueden incluir dispositivos portátiles que controlan la presión arterial y otros signos vitales.
En particular, otras técnicas se quedan cortas en cuanto a cuán versátil puede ser el material y con qué precisión se pueden colocar componentes pequeños dentro de estructuras 3D más grandes.
El método del equipo Mizzou utiliza técnicas especiales para resolver estos problemas. Los miembros del equipo construyeron una máquina con tres boquillas diferentes: una agrega materiales similares a la tinta, otra usa un láser para tallar formas y materiales y una tercera agrega materiales activos adicionales para mejorar las capacidades del producto. Comienza haciendo una estructura básica con filamento de impresión 3D normal, como el policarbonato, un tipo de termoplástico transparente. Luego, enciende un láser para convertir las piezas en un material especial llamado grafeno inducido por láser, colocándolo exactamente donde se necesita. Finalmente, se agregan más materiales para mejorar las capacidades funcionales del producto final.
Este trabajo está financiado por el Programa de Fabricación Avanzada de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) y NSF I-Corps.MT El programa proporciona financiación para explorar la comercialización.
“El programa I-Corps nos está ayudando a identificar los intereses y necesidades del mercado”, afirmó Lin. “Por ahora, creemos que esto será de interés para otros investigadores, pero creemos que beneficiará a las empresas. Permitirá a las empresas construir prototipos internamente, lo que permitirá la creación de prototipos de dispositivos. Esta tecnología, disponible sólo en Mizzou, parece prometedora”. cambiar la forma en que se fabrican y fabrican los productos”.
“Esta es la primera vez que se utiliza este tipo de proceso y abre nuevas posibilidades”, afirmó Bojingda Zeng, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica en Mizuho y autor principal del estudio. “Me apasiona el diseño. Siempre quise hacer algo que nadie haya hecho antes y lo haré aquí en Mizzou”.
Una de las principales ventajas es que los innovadores pueden centrarse en diseñar nuevos productos sin preocuparse por cómo crear prototipos.
“Abre posibilidades a mercados completamente nuevos”, afirmó Jian “Jeon” Lin, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en Mizzou. “Esto tendrá amplias implicaciones para sensores portátiles, robots personalizables, dispositivos médicos y más”.
Técnica revolucionaria
Actualmente, la fabricación de estructuras multicapa, como placas de circuito impreso, puede ser un proceso engorroso que implica múltiples pasos y materiales. Este proceso puede ser costoso, llevar mucho tiempo y producir desechos que dañan el medio ambiente.
La nueva técnica no sólo es mejor para el planeta, sino que está inspirada en sistemas que se encuentran en la naturaleza.
“Todo en la naturaleza se compone de materiales estructurales y funcionales”, afirmó Zeng. “Por ejemplo, las anguilas eléctricas tienen huesos y músculos que les permiten moverse. También tienen células especializadas que pueden descargar hasta 500 voltios para disuadir a los depredadores. Estas observaciones biológicas han alentado a los investigadores a desarrollar nuevos métodos para crear estructuras 3D. pero otros métodos emergentes tienen limitaciones”.
