Bajo presión, los polímeros se construyen un futuro mejor

Resultados dispares para los plásticos

En el mundo empresarial se está produciendo un verdadero cambio de paradigma. Las impresoras 3D siguen la ley de Moore, basada en la predicción del fundador de Intel y según la cual los ordenadores aumentarían su potencia cada 2 años a partir de la década de 1970 en adelante. Las impresoras se están volviendo cada vez más sofisticadas, pero esa no es la única razón. Muchos grupos industriales han entendido el valor y, por ende, los beneficios que pueden derivarse de mostrar un verdadero interés en la fabricación aditiva. Como consecuencia, el mercado está cada vez más estructurado, las empresas emergentes están creciendo y están lloviendo las inversiones. Según los analistas, se espera que el mercado profesional duplique su tamaño aproximadamente cada tres años. Ya solo a lo largo de 2019 triplicó su tamaño y se espera que en 2020 experimente un desarrollo similar.
En la impresión en 3D se pueden emplear muchos materiales diferentes. Los polímeros no tienen el monopolio, especialmente en sectores donde los metales, los productos cerámicos e, incluso, el hormigón (¡o la masa de pizza!) tienen sus utilidades. A diferencia de los plásticos destinados a las impresoras de los consumidores, a los polímeros les ha costado mucho encontrar su hueco en el mercado profesional. Esto se debe al número relativamente pequeño de polímeros que pueden utilizarse para la impresión. Durante mucho tiempo, solo se pudo utilizar el PLA o el ABS, y casi exclusivamente para el prototipado.

Durante mucho tiempo, PLA y ABS fueron los materiales preferidos para la impresión en 3D, pero se limitaban prácticamente al prototipado.

Los polímeros quieren causar una mejor impresión

¿Se están quedando atrás los plásticos? En cierta manera, esto fue así en un determinado momento, pero los fabricantes de polímeros pronto se dieron cuenta de lo que sucedía e hicieron esfuerzos considerables para asegurarse de que no se perdían esta revolución. En su defensa hay que decir que los fabricantes de máquinas no hicieron ningún esfuerzo inicial para animarlos a buscar nuevos desarrollos. Las prácticas empresariales de los fabricantes se basaban, a menudo, en la utilización de materiales patentados. Dicho de otro modo, sus máquinas solo eran compatibles con los polímeros que vendían. Aunque algunas marcas vendían materiales con diversas características (duros, blandos, traslúcidos, químicamente resistentes, biocompatibles, etc.), solo existía un puñado de polímeros termoplásticos. Para aplicaciones industriales, y más concretamente en el caso de componentes de alto rendimiento como los que se encuentran en coches y aviones e incluso para aplicaciones menos específicas, los profesionales estaban frustrados por las pocas opciones disponibles con las que contaban. Y, sin embargo, la demanda era alta.

Plásticos, la familia ayuda

En los últimos años, las cosas han cambiado con mucha rapidez en el campo de los polímeros. Aunque el PLA sigue siendo el polímero favorito del público general, la gama disponible para los profesionales ha crecido considerablemente. Poliéter éter cetona (PEEK), poliamida, policarbonato, acrilonitrilo estireno acrilato (ASA), polifenilsulfona (PPSF/PPSU), terftalato de polietileno modificado con glicol (PETG) y poliestireno, entre otros muchos, se encuentran entre los polímeros para los que se ha descubierto un uso en el proceso de impresión. La polieterimida, por ejemplo, es uno de los polímeros favoritos del sector médico gracias a su biocompatibilidad. La increíble capacidad del PEEK para soportar altas temperaturas le ha permitido afianzarse en los sectores aeronáutico y espacial. Esto solo es el comienzo, ya que los fabricantes de impresoras también están perfeccionando sus tecnologías. Los plásticos están dejando atrás el prototipado por la fabricación de componentes a medida.

Según los especialistas, este será uno de los principales mercados en los próximos años. Los primeros sectores que se beneficiarán de este nuevo rumbo serán los sectores aeronáutico y del automóvil, los cuales están instalando cantidades cada vez mayores de impresoras en sus fábricas para producir ediciones limitadas de componentes. Mejor aún, las últimas generaciones de impresoras pueden imprimir materiales compuestos (haga clic aquí para leer nuestra entrevista con Roboze). Para muchos centros de investigación, este ámbito se ha convertido en algo tan interesante como la investigación pura.

La llegada de polímeros de alto rendimiento como el PEEK ha ayudado a que las impresoras 3D cobren más importancia entre los fabricantes. ¡La cuarta revolución industrial está en marcha!

Una impresora gigante crea ruido

Hay que decir que las universidades estadounidenses son las que más están llamando la atención. Deben reconocerse sus esfuerzos de comunicación y su capacidad para generar expectativas cuando sus investigaciones conducen a aplicaciones concretas. El pasado otoño, por ejemplo, la Universidad de Maine presentó su impresora gigante, capaz de imprimir objetos de hasta 30 metros de largo. Para demostrar su pericia, grabaron a la máquina imprimiendo una lancha de 8 metros de eslora. Aunque fue la universidad quien diseñó la impresora, el material utilizado fue desarrollado por el Laboratorio Nacional Oak Ridge. Se trata de un material compuesto de nanofibras de celulosa integradas en ABS. Este material, de origen parcialmente biológico, es muy ligero, rígido y reciclable.

Recientemente se imprimió una lancha de 8 metros de eslora utilizando un polímero compuesto de nanofibras de celulosa y ABS en tan solo 72 horas

Según sus inventores, las nanofibras utilizadas son más resistentes que el acero y más rígidas que el Kevlar. Esta formulación «verde» podría reducir la huella de carbono de los productos impresos en un 90 %. Finalmente, la lancha se imprimió en solo 72 horas, lo que demostraría, en caso necesario, el progreso realizado en el sector de las impresoras, ya que este resultado no habría sido posible hace 5 años.

La Universidad Rice en Boston también causó un gran revuelo en los últimos meses al anunciar que sus investigadores habían creado un nuevo polímero imprimible que es ligero como una pluma y fuerte como el acero. Para lograr dichas características, el polímero debía imprimirse siguiendo una estructura tubular.

Este nuevo tipo de material imprimible es capaz de soportar las balas mejor que el acero

En cuanto al material, lo único que conocemos es que se trata de un material compuesto de nanotubos de carbono. Los científicos imprimieron dos cubos para comprobar su resistencia: el primero un único bloque muy compacto y el segundo una estructura tubular. Luego los sometieron al impacto de una bala de revólver. El primer cubo fue gravemente dañado, mientras que el segundo detuvo la bala en la segunda capa del material compuesto. Este rendimiento puede explicarse por la composición química del material y, tal y como demuestran los experimentos, por su estructura tubular, la cual permite que el objeto se comprima y, por tanto, que absorba la energía cinética de un impacto. Las aplicaciones militares de este nuevo material resultan obvias.

La rueda del futuro se imprimirá al mismo tiempo que el neumático. Al menos, esa es la previsión del fabricante de equipos Michelin

La falta de aire no es problema para los polímeros Permanecer entre los líderes mundiales exige una innovación constante y un atrevimiento a soñar lo imposible. Sin duda, este parece ser el rumbo escogido por el fabricante francés de neumáticos, Michelin, quien recientemente presentó su primer neumático totalmente impreso. Los materiales utilizados son cuando menos ordinarios, dado que el neumático está fabricado con bambú, papel, madera, residuos plásticos reciclados y piel de naranja.

Concept Vision, tal y como se le conoce, es un neumático sin aire, a prueba de pinchazos, con una estructura de nido de abeja impresa. La banda de rodadura, también impresa en 3D, es intercambiable y, por tanto, puede reemplazarse en función de las condiciones meteorológicas y del tipo de carretera por la que se circula. Sin embargo, los neumáticos de repuesto deben imprimirse por adelantado o en una estación de servicio equipada con una impresora 3D. El uso de esta innovación no se generalizará en un futuro muy próximo, pero las cosas podrían cambiar rápidamente al ritmo al que cambian el sector del automóvil y de la impresión en 3D.

Plastronics: los plásticos agitan sus chips

Plastronics, la tecnología de reciente desarrollo que hace posible moldear sistemas electrónicos en componentes plásticos, se ha hecho imprimible recientemente. De nuevo, el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) es el responsable de esta proeza tecnológica. Sus investigadores imprimieron con éxito objetos formados por fibras que contenían varios materiales interconectados. El filamento consiste en una estructura de materiales conductores bajo un recubrimiento de polímero. Además del filamento, tuvieron que imprimir un cabezal de impresión que fundiera el polímero lo suficiente para pegar, pero no demasiado como para que afectase a los componentes electrónicos. En sus demostraciones, el equipo del MIT imprimió un ala de avión transparente que contenía componentes emisores de luz.

Se espera que esta técnica desarrolle aplicaciones en el campo de la medicina, por ejemplo, para la impresión de prótesis perfectamente adaptadas a la anatomía del paciente y con componentes electrónicos en el interior utilizados para supervisar y controlar el nuevo miembro. Las prótesis también podrían evolucionar con el tiempo. Algunos ya llaman a este concepto impresión en 4D.

El MIT ha asumido el reto de imprimir componentes electrónicos y polímeros en una sola operación