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En todo el mundo de la fabricación moderna, la impresión 3D está añadiendo funcionalidades únicas a varios productos de formas que la fabricación tradicional no puede gestionar. La capacidad de producir geometrías complejas permite a los ingenieros integrar sensores, chips, etiquetas y otros componentes electrónicos en objetos, ya que es posible modelar cavidades internas y carcasas en piezas impresas en 3D. Estas son solo algunas de las formas en que la fabricación aditiva está conduciendo hacia objetos más inteligentes.
Drones impresos en 3D premontados
El Centro de Singapur para la Impresión 3D (SC3DP) de NTU y Stratasys desarrollaron conjuntamente un dron impreso en 3D con componentes electrónicos integrados en 2020. Uno de los obstáculos para incorporar componentes electrónicos en una pieza impresa en 3D es conseguir que los componentes electrónicos sobrevivan al proceso de impresión, que suele ser muy caliente. Debido a que este dron se imprimió en ULTEM, un material de alta temperatura, el problema del calor se agravó. El creador del dron, Phillip Keane, candidato a doctorado de NTU, explica:
“Uno de los desafíos más difíciles fue encontrar componentes electrónicos que teóricamente pudieran sobrevivir al proceso de impresión a alta temperatura; tuvimos que agregar algunas modificaciones a prueba de calor a los componentes para garantizar que pudieran durar. Esto implicó agregar nuevos componentes a las placas de circuito impreso y también diseñar carcasas personalizadas. Las carcasas, que fueron preimpresas en ULTEM 9085, también proporcionan una superficie plana para que la impresora 3D continúe imprimiendo sobre ellas ”.
Todo el proceso de impresión tomó solo 14 horas y solo requirió tres pausas para colocar los componentes electrónicos en la impresión. Solo los motores y hélices se agregaron después de su impresión. Al estar hecho de ULTEM, es increíblemente liviano y duradero, capaz de suspender 60 kg en su chasis.
Sensores integrados para monitoreo remoto
La integración de sensores dentro de las piezas impresas en 3D permite la comunicación unidireccional y bidireccional con dispositivos y electrodomésticos. Este método de creación de dispositivos inteligentes tiene un gran potencial para una variedad de industrias que requieren monitoreo remoto.
La capacidad de realizar un seguimiento de las métricas de rendimiento y las capacidades de la máquina es particularmente útil en industrias con grandes responsabilidades de ingeniería y mantenimiento. Es por eso que el concepto de ‘ingeniería más inteligente a través de la impresión 3D’ se ha popularizado en US Naval Labs, donde los ingenieros han estado trabajando en sensores que pueden detectar cambios en el rendimiento o incluso alertar a los ingenieros sobre las reparaciones necesarias.
De manera similar, Fabrisonic ha estado trabajando con Luna Innovations, un fabricante de fibra óptica, para desarrollar sensores inteligentes dentro de tuberías para la NASA. Estos sensores podrían proporcionar una gran base para monitorear la presión, la temperatura y el flujo de calor en los sistemas de combustible de los cohetes. Generalmente, los sensores están conectados al exterior de las tuberías pero eso limita su precisión; incrustar los sensores en las paredes de las tuberías mejora enormemente su precisión. Se utilizó el sistema Fabrisonic Ultrasonic Additive Manufacturing ( UAM ) para incrustar los sensores dentro de las tuberías de metal.
Hacer que los dispositivos médicos impresos en 3D sean más inteligentes
La industria médica también ha sido un gran defensor de los dispositivos inteligentes impresos en 3D, creando tecnologías receptivas para el monitoreo en tiempo real de eventos fisiológicos, diagnósticos avanzados y retroalimentación conectada. Un ejemplo proviene de investigadores de la Universidad de Curtin en Australia Occidental, que desarrollaron moldes y aparatos ortopédicos impresos en 3D que mejoran la atención al paciente con retroalimentación de sensores. Los aparatos de rehabilitación de bajo costo tienen sensores de medición inerciales integrados en el interior que leen e interpretan la aceleración y la velocidad angular.
Uno de nuestros principales focos en este momento es el tratamiento, y aquí podemos ver cómo las personas hacen sus ejercicios de fisioterapia, ver cuánto tiempo los están haciendo. Y porque hemos modelado el movimiento, podemos ver si están haciendo el ejercicio correctamente. Profesor Murray, Universidad Curtin
Vehículos inteligentes y fabricación de automóviles
Cuando el pod car LOCI de BigRep debutó en Formnext esta semana, mostró los beneficios de la impresión a gran escala de componentes automotrices. Pero también destacaron su tecnología Part DNA , que les permite infundir componentes mecánicos con todo tipo de chips y sensores. Al incorporar sensores y chips NFC en las piezas impresas en 3D, los ingenieros pueden rastrearlos y escanearlos utilizando un dispositivo móvil. Como resultado, las piezas son fácilmente identificables y pueden proporcionar información útil. BigRep ya está planeando diseños futuros con sensores que indican el estado de la máquina, activan verificaciones de mantenimiento o enumeran información sobre piezas de repuesto.
Para construir LOCI, BigRep utilizó una gama de materiales que incluyen BigRep PRO HT (para el cuerpo), TPU (para los neumáticos sin aire), PLX (para los parachoques) y PA6 / 66 (para vigas y juntas). Las piezas individuales están integradas con chips NFC que proporcionan información como el nombre de la pieza, el tipo de material y la identificación del lote, la fecha y ubicación de producción y la próxima fecha de mantenimiento programado. Así es como se ve esa información.
Se refieren a ella como una «solución de transporte de última milla» para entornos urbanos. El vehículo también es una demostración de la tecnología de impresión a gran escala de BigRep y sus nuevos materiales de ingeniería. Los sensores integrados podrían incluir mucha más funcionalidad en el futuro, proporcionando características de seguridad y consejos de mantenimiento. Además de esto, LOCI es muy personalizable. Los usuarios pueden solicitar cambios en el manejo, materiales, propiedades estructurales, neumáticos, marca e incluso integrar la energía solar.
LOCI es más que un vehículo, es la evolución de la movilidad personalizada. LOCI es una solución asequible para el transporte urbano, que aprovecha la agilidad de la AM al mismo tiempo que demuestra las ventajas rentables de la impresión 3D para la AM sostenible, como la fabricación de productos personalizados en el lugar y bajo demanda. Daniel Buening, cofundador de NOWLAB y CIO de BigRep
Sensores impresos en 3D
Más allá de simplemente incrustar sensores fabricados tradicionalmente en piezas impresas en 3D, los investigadores también están utilizando tintas conductoras para imprimir directamente sensores en 3D en objetos. Un equipo del Wyss Institute y Harvard SEAS imprime circuitos en los dedos de una mano accionada por robótica suave para permitirle “sentir” presión, temperatura y movimiento. Si bien esto sería una gran actualización para muchos sistemas robóticos, también mejoraría drásticamente los dispositivos protésicos.
El Internet de las cosas crece día a día y la impresión 3D es una gran parte de ese ecosistema conectado. La combinación de geometrías complejas y fabricación de múltiples materiales hace que la impresión 3D sea el método de fabricación ideal para sensores y dispositivos electrónicos integrados, así que espere ver más casos de uso como estos.
