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A pesar de su creciente popularidad, todavía hay muchas áreas de la impresión 3D que plantean bastantes consultas. El más pertinente de estos es cómo mapear con precisión la forma en que los fotopolímeros se comportan a microescala durante el procesamiento. Por ejemplo, las propiedades mecánicas y de flujo durante el curado en la escala de un solo vóxel siguen siendo un misterio. Entonces, ahora, un Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) está aprovechando la microscopía de fuerza atómica para obtener información sobre la estructura y las propiedades de los fotopolímeros durante el procesamiento.

El equipo está particularmente buscando la técnica de fotorreología de resonancia acoplada a muestras (SCRPR) para arrojar luz sobre algunas propiedades importantes. Con esto, medirán los cambios de escala de vóxeles en tiempo real y potencialmente mejorarán DLP, SLA y otros procesos fotosensibles. Debido a cómo el software de corte construye piezas como capas delgadas, reconstruyéndolas en 3D antes de imprimirlas, las propiedades físicas del material pierden similitud con las de las piezas impresas en 3D. Como resultado, las condiciones de impresión, más que cualquier otra cosa, determinan las capacidades de las piezas.

Medición de las propiedades del material

La microscopía de fuerza atómica utiliza una sonda para medir los cambios en la resolución espacial submicrométrica y la resolución de tiempo submilisegundo. El proceso también utiliza un fotodiodo para detectar cambios en los patrones de luz. Durante la fotopolimerización, estos cambios se suman y cambian las propiedades del material a granel. Estos cambios pueden ser cosas como variaciones en la intensidad de la luz o la difusión de moléculas reactivas. La microscopía de fuerza atómica puede detectar cambios rápidos y diminutos en las superficies y los depósitos de resina. Los investigadores incluso adaptaron el dispositivo AFM comercial para usar un láser ultravioleta para iniciar la polimerización en o cerca del punto donde la sonda AFM entra en contacto con la muestra.

Aunque la investigación se centra en polímeros y resinas, también tiene aplicaciones en biogeles e hidrogeles. Después de todo, el método combina AFM con estereolitografía . El uso de luz para modelar materiales fotorreactivos que van desde hidrogeles hasta acrílicos reforzados le da un rango masivo en esas otras áreas también. Los investigadores están midiendo la frecuencia de resonancia (frecuencia de vibración máxima) y el factor de calidad (un indicador de disipación de energía) cuando se trata de la sonda AFM.

Una vez que compilen los datos, los investigadores aplicarán modelos matemáticos y los mapearán en cada etapa del proceso. Además, pueden extrapolar varias cualidades en relación con el proceso, como la rigidez o la humedad. Los investigadores realizaron las pruebas en dos materiales. El primero fue una película de polímero transformada por la luz de una goma en un vidrio. El segundo material fue una resina de impresión 3D comercial que solidificó en 12 milisegundos. El primer material confirmó que el poder y el tiempo de exposición eran complejos y requerían mediciones rápidas y de alta resolución. El segundo confirmó que los aumentos en la frecuencia de resonancia parecían indicar polimerización y aumento de la elasticidad de la resina.

Imagen destacada cortesía de NIST.

Materialise acaba de presentar su nueva tecnología de simulación para optimizar más la tecnología de impresión de metales. La nueva función será parte integral de su software Materialise Magics, lo que permitirá al usuario obtener una vista previa de sus impresiones. Las simulaciones de impresión en metal tienen como objetivo hacer que el proceso notoriamente impredecible sea mucho más efectivo.

Materialise mostró esta nueva característica en TCT 2020. Si bien la impresión 3D en metal es excelente, abarca toda la gama en términos de costos cuando se trata de pruebas e impresiones fallidas. Este es especialmente el caso de las tecnologías de lecho de polvo. Como resultado, Materialise ha dejado de tener la oportunidad de permitir a los usuarios evitar deformaciones inesperadas, grietas, huecos u otros problemas relacionados con la tecnología tal como está hoy.

El software ayuda a trazar varias características como la generación de soporte y la orientación de la pieza. También integra funciones de calibración que ayudan a los usuarios a determinar la configuración de simulación correcta para una máquina determinada. Esto es apropiado, considerando que gran parte del trabajo de Materialise últimamente ha consistido en desarrollar herramientas que puedan operar de manera efectiva con versatilidad en lo que respecta a una gran cantidad de máquinas. Esto los convierte en un candidato ideal para crear un software que requiera capacidades tan amplias. Por lo tanto, es fácil asumir que el software de simulación funcionará con cualquier sistema que Materialise comprenda actualmente.

Mapeo de simulaciones de impresión

La idea de crear una simulación predictiva para la impresión en metal no es del todo nueva. Otras empresas como ANSYS adquirieron 3DSIM para desarrollar su propia plataforma de simulación de impresión 3D en metal. Del mismo modo, Velo3D también ha trabajado en la misma línea para sus propias tecnologías de software. De hecho, la versión de Materialise se basa en Simufact Additive Solver de MSC Software.

Hay cosas notables sobre este software. La compañía ha declarado que no se requiere un procesador de gama alta para usarlo, por ejemplo. Los usuarios pueden emplear el módulo junto con otro software de ingeniería asistido por computadora. También utiliza la enorme experiencia y la base de datos de Materialise junto con el software de Simufact.

Imagen destacada cortesía de Materialise, recuperada a través de Engineering.com

La start-up de Toronto, Genecis, ha desarrollado una nueva forma novedosa de aprovechar los microbios para convertir los desechos de alimentos en bioplásticos. El proceso crea plásticos PHA que luego pueden servir como material para múltiples aplicaciones como juguetes, empaques flexibles, filamentos de impresoras 3D y aparatos médicos. El proyecto podría servir como un enfoque sostenible para producir termoplásticos de alta calidad.

Los polihidroxialcanoatos (PHA) son polímeros biodegradables de alta calidad que una bacteria puede producir al metabolizarse. También pueden servir potencialmente como termoplásticos ya que tienen propiedades químicas deseables. Además, también son fácilmente reciclables, a diferencia de muchos otros bioplásticos. Mientras que los plásticos normales se degradan en una escala de tiempo glacial, los PHA pueden tardar un año en tierra y 10 bajo el agua. Esta es una mejora enorme para los estándares ambientales, incluso si no es perfecta.

“ Mucha gente arroja los bioplásticos a la papelera de reciclaje en lugar de al compost, pero si no es un termoplástico, no se puede volver a moldear ”, dijo el fundador y director ejecutivo Luna Yu. “ Esto altera las propiedades físicas de los nuevos productos reciclados: terminarán desmoronándose. »

El Proceso Genecis

Hay 3 pasos para la técnica de producción de PHA de Genecis. Para empezar, emplean varios tipos de bacterias anaeróbicas que descomponen los desechos de alimentos en sus componentes básicos, como los ácidos grasos. Esto opera de la misma manera que el proceso en nuestro estómago. En la siguiente fase, mezclan los ácidos grasos con un cultivo de bacterias aeróbicas que pueden producir PHA en sus células. La primera fase opera sin oxígeno mientras que la segunda lo incluye. En la fase final, rompen las células para que puedan recolectar y purificar el plástico.

El proceso puede ser tan rápido como en una semana y cuesta menos que los métodos tradicionales de producción de PHA. Esto es especialmente impresionante teniendo en cuenta que Genecis es una nueva empresa de estudiantes que comprende ingenieros y graduados de la Universidad de Toronto. A pesar de su tiempo relativamente corto en el campo (2 años), han obtenido € 330,000 en premios en efectivo de concursos de puesta en marcha.

La compañía abrirá una planta de demostración a finales del próximo año donde dicen que podrán convertir toneladas de plástico. Actualmente, la empresa está afinando su proceso y creando el mejor entorno posible para el proceso. Esto incluye el ajuste de factores como el ajuste de la temperatura del nivel de pH y la cantidad de alimento que resulte en el mejor rendimiento.

» Nuestro objetivo es crear el mayor valor a partir de los desechos orgánicos «, dijo Yu. “ Pronto podremos sintetizar productos químicos especiales y otros materiales a partir de desechos orgánicos, todo a un costo menor que los métodos de producción tradicionales que utilizan biología sintética. Es un momento emocionante para nosotros. »

Imagen destacada y video cortesía de Genecis.

Los investigadores de Barcelona están emparejando la fabricación aditiva con otro campo en crecimiento: las soluciones cárnicas libres de crueldad animal. Giuseppe Scionti y su equipo han desarrollado un método de producción de bistec a base de plantas que tiene como objetivo replicar el real.

Si bien los «filetes» de Scionti están hechos completamente con ingredientes de origen vegetal, logran imitar la textura de la carne. Aunque el aspecto necesita más trabajo, afirman tener el sabor y la textura hasta un grado razonable de autenticidad. Los métodos funcionan de manera similar a muchas tecnologías de impresión de alimentos, utilizando jeringas de pastas. La impresora deposita la pasta en forma de bistec y tarda entre 30 y 50 minutos para crear 100 gramos de carne. Scionti obtuvo la pasta de proteína en polvo que comprende arroz o guisantes, un alimento básico de la dieta vegetariana como suplementos nutricionales. Una vez que el bistec sale de la impresión, está listo para cocinar.

El método también incorpora algunos elementos de impresión de técnicas de carne cultivada, en las que se cultiva carne falsa utilizando cultivos de células animales. Si bien su trabajo se basa completamente en plantas, la tecnología utiliza algunas de esas ideas en la fase de ensamblaje. “ Utilizo técnicas que se utilizan normalmente para la carne cultivada y técnicas tomadas de la bioimpresión y adaptadas para su uso con materiales para carne de origen vegetal ”, explica.

Impresión de alternativas a la carne

Scionti es un investigador de Milán de 31 años especializado en ingeniería biomédica y de tejidos. Estuvo tres años desarrollando este proyecto en la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC). Su objetivo era crear un medio viable para reducir el impacto de la agricultura animal en el mundo y combatir la desnutrición.

“ La dificultad radica en reorganizar las nanofibras de las proteínas vegetales para que parezcan proteínas animales ”, explica Scionti. “ Primero tienes que estudiar la histología del tejido animal, cómo se organizan las fibras musculares, y luego tienes que intentar replicar eso con ingredientes de origen vegetal que no han sido modificados genéticamente. »

En el modelo actual, imprimir 100 gramos de esta alternativa de carne cuesta 2 €. Scionti espera que el precio baje aún más a medida que aumenta el volumen. Podría proporcionar una alternativa viable a las muchas fallas de la industria agrícola. El costo ambiental de la recolección de carne ya influye en las emisiones de CO2 del mundo. También es posible que este método evite el desperdicio de alimentos simplemente por ser a pedido en términos de unidades de producción, y al mismo tiempo ser menos perecedero en general.

Imagen destacada cortesía de Consuela Bautista, recuperada a través de El País .

BigRep, fabricante de impresoras 3D a gran escala, acaba de firmar una nueva asociación con la empresa de ingeniería Bosch Rexroth. Las dos empresas colaborarán en el desarrollo de nuevos sistemas de fábricas inteligentes con capacidades de impresión 3D. Los nuevos sistemas integrarán modernos sistemas de control CNC y accionamientos en las últimas máquinas de fabricación aditiva.

El trabajo de BigRep con la impresión XL 3D y el trabajo de Bosch Rexroth en accionamientos y tecnología de control les permitirá producir una gama de impresoras que podrían ser rentables y eficientes, aunque quizás también a gran escala. El objetivo principal de la colaboración es integrar el uso de la impresión 3D en fábricas inteligentes. Lo están haciendo incorporando IoT y un monitoreo digital de extremo a extremo de las máquinas.

“ En todas las industrias, los clientes buscan impresoras 3D confiables, controlables y eficientes para fabricar piezas de la mejor calidad ”, dijo el Dr. Stephan Beyer, CEO de BigRep .

Impresora 3D híbrida

La asociación también combinará varias formas de tecnología moderna. En un nivel está la tecnología inteligente como IoT y el monitoreo digital de extremo a extremo, y en otro nivel están combinando métodos sustractivos y aditivos. Rexroth, en particular, ha sido inflexible en el desarrollo de tecnologías sostenibles para la fábrica del futuro. Una de las formas que han considerado más viables es combinar la impresión 3D e hibridarla.

Beyer ha declarado que está entusiasmado con la asociación, especialmente debido a la experiencia de BigRep en la integración de sistemas CNC e impresión 3D. Él cree que esto “ establecerá la impresión 3D como una aplicación clave de la industria 4.0 ”. Existe la posibilidad de que esta asociación dé lugar a máquinas de impresión híbridas a gran escala con funciones de IoT y operabilidad remota.

Imagen destacada cortesía de BigRep. Todos los datos derivados del comunicado de prensa .