Impresión en 4D: una nueva dimensión para los polímeros

4D: una cuestión de tiempo

Evocar la impresión en 4D al mismo tiempo que la impresión en 3D puede parecer extraño, pero no es el caso. El término ha estado presente desde 2013 y se lo debemos a Skylar Tibbits, fundador del Laboratorio de Automontaje del MIT. Mientras daba una conferencia, él fue el primero en afirmar que se le podía dar una cuarta dimensión a la tecnología de impresión en 3D y en explicar que se podría conferir una nueva característica a un material de impresión en 3D que le permitiese evolucionar con el tiempo sin intervención humana (impresión en 3D + tiempo). Einstein nos contó que la cuarta dimensión es el tiempo. Por lo tanto, se podría entender la impresión en 4D como la posibilidad de imprimir un objeto que podría, tras un tiempo predefinido, cambiar su forma debido al efecto de un factor externo como la luz, el calor, la vibración, la humedad, etc.

Las suelas impresas que se adaptan automáticamente al terreno son una de las promesas de la impresión 4D

Menor número de polímeros, pero especialmente innovadores

Aunque la impresión en 3D dispone de multitud de materiales a su disposición, incluido un gran número de polímeros, no se puede decir lo mismo de la impresión en 4D. La razón es muy sencilla: la tecnología es nueva y está todavía en sus inicios. Sin embargo, se espera que evolucione muy rápidamente.

En la actualidad, existen tres familias de polímeros que podrían ser compatibles con la impresión en 4D. La primera de ellas es la que se conoce como polímeros con memoria de forma. Son materiales ya conocidos cuyas características han sido modificadas para incluir un efecto de memoria dinámico. Una vez estimulados (con calor, electricidad, luz, etc.), estos polímeros son capaces de cambiar de una forma a otra. Por ejemplo, cuando se calienta el material compuesto poliuretano/policaprolactona/estireno-butadieno-estireno, este es capaz de volver a su forma original tras haberse deformado. En la Universidad de Rochester, en Estados Unidos, estos materiales suscitan un enorme interés, ya que tienen numerosas aplicaciones. Recientemente, los investigadores han logrado desarrollar un material compuesto (de cuya composición, obviamente, no sabemos nada) capaz de volver a su forma original tras someterlo a una temperatura de 35 ºC. Esto supone todo un logro, puesto que, anteriormente, estos materiales debían calentarse a temperaturas mucho mayores para volver a su forma original.

¿Qué aplicaciones podrían ser posibles? En la actualidad algunas de las aplicaciones son un hilo de sutura que pueda ajustarse a la cicatriz con la sola presión de un dedo, un hilo de coser que se autoajustaría al contacto con la piel o, incluso, y falta mucho tiempo para eso, piel artificial que también podría imprimirse.

Un hilo polimérico que pudiera estirarse con la sola presión de un dedo posibilitaría la elaboración de prendas que siempre se ajustarían perfectamente.

Los elastómeros de cristal líquido también llaman mucho la atención de los investigadores. También han estado ahí desde hace unos años y su principio de funcionamiento es bastante sencillo. Estos polímeros contienen cristales líquidos sensibles al calor. Pueden adoptar casi cualquier forma simplemente orientándolos correctamente y, después, calentándolos. En Leeds, en el Reino Unido, se está intentando desarrollar un polímero de este tipo con propiedades augéticas. En otras palabras, esto significa que se hincha cuando se estira. Esta propiedad podría encontrar aplicaciones en materiales absorbentes de energía, como en plantillas o en el campo de la medicina para la fabricación de tendones artificiales. Lo único que falta es hacerlos imprimibles.

Un fármaco en forma de parche polimérico impreso podría liberar su principio activo solo cuando aumentase la temperatura corporal del paciente

Los polímeros de hidrogel constituyen la tercera vía analizada por la investigación porque tienen la particularidad de hincharse en contacto con el agua o con cualquier otro líquido. Estos polímeros que, a menudo son biocompatibles, son especialmente interesantes en el sector de la medicina y, más concretamente, en el campo de los vendajes.

Hacer que estos polímeros sean imprimibles posibilitaría la fabricación de segundas pieles hechas a medida para víctimas de quemaduras, por ejemplo. Otra posibilidad implicaría un medicamento impreso en 4D que podría liberar su principio activo en función de la temperatura corporal del paciente. El MIT está buscando la fórmula adecuada para diseñar el polímero y, de esta manera, crear un dispositivo de administración de fármacos que actuaría solo al inicio de la fiebre.

Una vez más, los plásticos están en el centro de una nueva revolución

Los laboratorios de investigación que trabajan en el tema están convencidos de que habrá muchas aplicaciones, especialmente en el campo de la medicina, así como en los sectores de la construcción, de la industria y de la moda. En Hannover, Alemania, un equipo está intentando desarrollar un polímero que pueda utilizarse en la fabricación de unos implantes cocleares que se adapten perfectamente a la forma del oído interno. En otro lugar, en el MIT, los investigadores están trabajando en un material compuesto de fibra de carbono que pueda utilizarse en el diseño de coches de carreras y cuya forma pueda cambiar con el calor para mejorar la aerodinámica del vehículo. Las suelas de zapato que puedan adaptarse al terreno también podrían ser una posibilidad en el futuro.

Por supuesto, los polímeros se mantendrían al frente de esta revolución porque estos materiales futuristas serán materiales compuestos. La combinación de los polímeros con otros materiales (en ocasiones, materiales naturales como la celulosa de madera) es la que confiere a los objetos su capacidad para cambiar de forma o reaccionar ante un estímulo. Las impresoras necesarias para esta tarea todavía deben diseñarse. Debe recordarse que la fabricación aditiva está dirigida a la producción a medida o de series pequeñas. Sin embargo, podría ir más allá a medida que las reacciones a los estímulos de los objetos impresos en 4D se puedan diferenciar de aquellas que se logran mediante moldeo para el mismo objeto. Esto ha sido demostrado por investigadores en Singapur, quienes han fabricado con éxito la apertura de una flor fabricada a partir de un hidrogel con base acrílica y epoxi, que es dos veces más reactivo cuando se imprime.

Esta flor impresa en 4D se abre y se cierra ella sola al contacto con el agua

¿Cuándo veremos estos nuevos desarrollos?

Pronto, pero no de inmediato. Lamentablemente, todavía existen muchos obstáculos que superar, tanto en términos de materiales como de maquinaria. Los materiales todavía plantean muchas cuestiones, especialmente aquellas relacionadas con su capacidad para seguir siendo «inteligentes» con el tiempo. ¿Durante cuánto tiempo podrán cumplir las funciones para las que fueron diseñados? La respuesta es compleja y sigue sin estar clara, pero los expertos están de acuerdo en que, una vez desarrollada por completo, la impresión 4D causará un efecto significativo en la industria, de manera muy parecida a como lo está haciendo la impresión 3D en la actualidad.