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Con todos los avances en bioimpresión, existen claras limitaciones a las que se enfrentan la mayoría de los investigadores. Incluso con recreaciones avanzadas de órganos como un corazón en miniatura impreso en 3D funcional , todavía existe el problema de producir más rápido y en grandes volúmenes. Los investigadores de UC Berkeley pueden haber encontrado una posible solución en la criolitografía multicapa. Con un nuevo dispositivo, emplean bioimpresión paralela de tejido de órganos y ensamblan los órganos con congelación. Como resultado, incluso ayuda en el proceso de conservación, como sugiere el «crio» en el nombre, utilizando temperaturas de congelación después de que las capas se fusionan.

El proceso permite el desarrollo de huesos, diversos tejidos y órganos. En lugar de apilar capas de la manera tradicional de fabricación aditiva, el dispositivo funciona de manera un poco diferente. Los investigadores lo llaman criolitografía multicapa porque primero usa capas 2D y luego requiere ensamblarse en objetos 3D en una estación diferente usando temperaturas frías y el mecanismo de fusión. Como muestra el video, un brazo robótico transporta cada capa una vez que está completa y las apila por separado.

Además de desarrollar órganos, el equipo también cree que este método podría permitir alimentos con texturas novedosas. Esto podría ser importante para la población mayor, que puede tener problemas para tragar debido a complicaciones médicas. Estas texturas podrían ayudar a los pacientes con disfagia, permitiendo alimentos que se derritan en la boca y proporcionen nutrientes más fácilmente.

Ventajas de la criolitografía multicapa

Una de las principales ventajas de la criolitografía es el uso de un proceso más frío. Esto ayuda enormemente a la preservación de los tejidos, al mismo tiempo que es excelente para unir células. Este mismo aspecto podría hacerlo aplicable a la fabricación a escala industrial de alimentos congelados.

“ En este momento, la bioimpresión se utiliza principalmente para crear un pequeño volumen de tejido. El problema con la bioimpresión 3D es que es un proceso muy lento, por lo que no puede imprimir nada grande porque los materiales biológicos se deteriorarán cuando termine. Una de nuestras innovaciones es que congelamos el material a medida que se imprime, para que el material biológico se conserve y podamos controlar la velocidad de congelación ”, dijo Boris Rubinsky, profesor de ingeniería mecánica y coautor del artículo.

Otra ventaja de los sistemas de criolitografía es que explican las dificultades de imprimir material biológico. Aunque la mayoría de los objetos impresos en 3D son elementos rígidos como los termoplásticos, la bioimpresión a menudo se trata de hidrogeles y líquidos. Esto hace que la producción de materiales biológicos sea mucho más complicada, especialmente para grandes volúmenes. Así, las impresoras trabajan en combinaciones de superficies hidrófilas e hidrófobas que permiten el transporte de las capas 2D a medida que el brazo las mueve independientemente de las condiciones de gravedad.

Imagen destacada cortesía de UC Berkeley.

En un artículo titulado «Propiedades de flexión y comportamiento de fractura de CF / PEEK en orientación de edificios ortogonales por FDM: microestructura y mecanismo», el equipo de Qiushi Li revela sus hallazgos sobre los efectos de agregar fibras de carbono cortas (SCF) en el filamento de la impresora 3D al imprimir PEEK .

PEEK ha experimentado un fuerte aumento en popularidad en los últimos años a medida que las impresoras 3D FDM industriales que pueden funcionar a temperaturas más altas se han vuelto más disponibles. El polímero tiene una alta resistencia a la tracción y a la temperatura, lo que lo hace deseable en aplicaciones aeroespaciales, médicas y otras aplicaciones industriales. Aún así, las piezas impresas en 3D con PEEK sufren el mismo problema que todas las demás piezas impresas en 3D en una máquina FDM (modelado de deposición fundida): debilidad en las capas verticales debido a una mala unión entre capas.

Los investigadores chinos querían investigar si la adición de SCF al PEEK mejoraría su fuerza. Se utilizó una impresora 3D Funmat HT FDM para imprimir las cuatro piezas de prueba; dos se imprimieron verticalmente con SCF y dos horizontalmente sin SCF. Los gránulos de plástico también se utilizaron para hacer piezas moldeadas por inyección idénticas para comparar las piezas impresas.

Sus resultados son intrigantes. Las diferencias de resistencia entre las piezas impresas verticalmente en 3D y las piezas moldeadas eran insignificantes, se añadieran o no SCF, aunque la impresión vertical CF / PEEK era ligeramente más fuerte que la impresión vertical estándar de PEEK. Sin embargo, la impresión horizontal CF / PEEK era más débil que su contraparte estándar de PEEK.

“Con la adición de CF, los compuestos CF / PEEK impresos horizontalmente exhibieron un valor 7,1% menor que el de PEEK, lo que concuerda con un informe anterior sobre la adición de nanotubos de carbono (CNT). Sorprendentemente, los compuestos PEEK y CF / PEEK impresos verticalmente mostraron un valor de 146 MPa, que era similar al valor de las muestras moldeadas. Un valor similar entre las muestras impresas y las muestras moldeadas es raro, pero muy deseado, para la impresión 3D ”, declararon los autores.

También se señalaron los beneficios de agregar CF a las piezas moldeadas. “La incorporación de CF dio como resultado un módulo 8.30% más alto para las muestras moldeadas de CF / PEEK en comparación con las de las muestras de PEEK. También se observó un aumento estadísticamente significativo en el módulo para las muestras impresas verticalmente ”.

La adición de SCF «aumenta el proceso de nucleación uniforme de PEEK durante la impresión 3D, disminuye la fuerza de unión de capa a capa y cambia en gran medida el modo de fractura», y los resultados del estudio indican que la orientación de la impresión a veces es más importante que el compuesto utilizado .

«El diseño de una ruta de impresión a lo largo de la orientación de la tensión que coopera con la incorporación de una fase reforzada en la matriz proporciona un método eficaz para mejorar las propiedades mecánicas de los compuestos y amplía la aplicación de la impresión 3D en los campos de diseño ligero», declararon los investigadores. . «Este estudio será útil para que los diseñadores investiguen la influencia de las microestructuras en los compuestos impresos durante el proceso de impresión».

SmarTech Analysis, una firma de investigación de mercado que se especializa en fabricación aditiva, lanzó recientemente la quinta edición de su informe Fabricación aditiva en odontología. El informe incluye un análisis de las tecnologías, procesos y materiales utilizados por los laboratorios y clínicas dentales, así como la cobertura del cambio en la industria dental hacia las soluciones de impresión 3D y las estructuras corporativas, y su relación. SmarTech pronostica que el valor de mercado de la fabricación de aditivos dentales alcanzará los € 2.7 mil millones en 2020 y aumentará a € 9 mil millones en 2028.

Scott Dunham, vicepresidente de investigación de SmarTech Analysis, escribió el informe y señala a los alineadores transparentes como uno de los cambios más dramáticos en la odontología, al afirmar que “ los alineadores dentales transparentes, como los comercializados por Align Technologies bajo la marca Invisalign, han crecido a pasos agigantados límites en los últimos años. La gran y abrumadora mayoría de estos dispositivos se producen mediante una combinación de impresión 3D y termoformado tradicional, y son quizás la aplicación de mayor volumen para tecnologías de impresión 3D en el mundo actual. Claramente, esta es un área de gran interés para la industria de la impresión 3D en general, pero también para la industria dental. » Claramente. Apreciamos la perspicacia y el juego de palabras, Sr. Dunham.

Fabricación aditiva en odontología

El acceso a impresoras 3D dentales cada vez más asequibles también es responsable del cambio a la fabricación aditiva, ya que los laboratorios más pequeños pueden permitirse expandir sus ofertas. Sin embargo, hay otro impulsor de la adopción de AM, y son las adquisiciones corporativas y las consolidaciones de oficinas que han estado ocurriendo en los últimos años. A medida que las empresas y las oficinas se fusionan, sus presupuestos aumentan, lo que deja espacio para compras más grandes de equipos como impresoras 3D.

En la actualidad, el software representa la mayor parte de los ingresos, alrededor del 65%, pero se espera que disminuya en los próximos años a medida que los laboratorios y las oficinas salgan del ciclo de modernización actual. Los materiales constituyen la siguiente porción más grande de ingresos en alrededor del 25%. Debido al acceso a las tecnologías y al envejecimiento de su población, las regiones occidentales utilizan la mayoría de las soluciones dentales de AM, pero su uso en Asia, América del Sur y Oriente Medio está creciendo más rápidamente.

Si bien el proceso de AM estándar utilizado en odontología es la fotopolimerización en cubeta , Dunham predice que las tecnologías de inyección de material pronto ejercerán presión sobre esos sistemas heredados gracias a una mayor automatización y la capacidad de fabricar compuestos dentales temporales y permanentes en diferentes tonos. Como tal, más soluciones se imprimirán directamente en 3D en lugar de formarse a partir de una impresión en 3D.

Ese proceso simplificado permitirá que las clínicas brinden más servicios en el sillón sin siquiera molestar al laboratorio, o como dijo Dunham: “Anticipamos un futuro de la atención dental en el que las tecnologías de impresión 3D están en el centro de la industria, produciendo la gran mayoría de dispositivos y restauraciones dentales, de forma cada vez más distribuida y cada vez más cercana al punto de atención. Esta misma tendencia, producir piezas más cerca del punto de uso, es una tendencia imparable, aunque lenta, en la fabricación aditiva en la era de la Industria 4.0 ”.

Si bien la mayoría de las personas no tendrán muchos problemas con sus instrumentos, los músicos que viajan y los roadies conocen el valor de un equipo sólido, especialmente durante el transporte. Sin embargo, incluso los guitarristas más brutales pueden haber encontrado a su pareja en una nueva guitarra impresa en 3D. La guitarra de la firma de ingeniería Sandvik es supuestamente una obra maestra metálica a prueba de golpes. No confíe en nuestra palabra: el veterano y virtuoso neoclásico Yngwie Malmsteen se incorporó para probarlo él mismo y no se avergüenza de su entusiasmo.

“¡ Esta guitarra es una bestia! Obviamente, Sandvik está en la cima de su juego ”, dice Malmsteen. “ Ponen el trabajo, hacen sus horas. Los resultados son asombrosos. Di todo lo que tenía, pero era imposible aplastar «.

Malmsteen y los varios probadores de demostraciones han estado poniendo la guitarra en un infierno para mostrar su forma sólida. Hasta ahora, parece ileso de haber sido golpeado en varias superficies, desde pisos hasta sillas y un escenario en vivo. Se sostiene muy bien, incluso manteniendo juntas las diversas partes que no forman parte del marco sólido completo. El equipo de ingenieros de Sandvik fabricó la guitarra exactamente según las especificaciones de Malmsteen.

La empresa quería demostrar que el acero puede ser ligero e indestructible en determinados diseños. Como resultado, el equipo reunió a sus ingenieros junto con los diseñadores de guitarras para armar la guitarra impresa en 3D de Sandvik desde cero. Este es el primer hacha de la compañía, por lo que probablemente fue de gran ayuda tener al diseñador de guitarras Andy Holt a bordo.

Construyendo una guitarra impresa en 3D irrompible

Para el cuerpo impreso en 3D, Sandvik utilizó su propia experiencia en polvo metálico y fabricación aditiva. Usando láseres, trazaron un diseño de polvo de titanio, fusionando las capas de material una encima de la otra. El cuello, por otro lado, es una construcción de acero. Según Sandvik, la resolución de la capa es más delgada que el cabello humano promedio.

Como diseño, la guitarra impresa en 3D de Sandvik no tiene uniones reales. Se une, desde el cuerpo hasta el cuello y el clavijero formando una estructura sólida y singular. Por otro lado, los diversos complementos como humbuckers, perillas de ajuste de cuerdas y partes periféricas son extraíbles. Las partes periféricas se colocaron después, pero parecen ser sorprendentemente sólidas como parte de toda la guitarra. Una estructura de celosía superligera entre el mástil y el diapasón de la guitarra ayuda a mantener todo unido, fortaleciendo a ambos a medida que se encuentran con el cuerpo. La impresión 3D fue crucial para el proceso de creación, ya que permite una fácil producción de arquitecturas novedosas.

» La fabricación aditiva nos permite construir diseños muy complejos en pequeñas series de producción «, dijo Amelie Norrby, ingeniera de fabricación aditiva en Sandvik y parte del desarrollo de la guitarra impresa en 3D. “ Nos permite crear componentes más ligeros, resistentes y flexibles con estructuras internas que serían imposibles de fresar tradicionalmente. Y es más sostenible porque solo usa el material que necesita para el componente, minimizando el desperdicio ”.

Imagen destacada y video cortesía de Sandvik.