Se llama HARP y, según sus creadores, es la impresora 3D de mayor rendimiento y el futuro de la fabricación. Su rápida fabricación bajo demanda podría poner almacenes y moldes en el pasado. Los investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado una nueva impresora 3D futurista que es tan grande y tan rápida que puede imprimir un objeto del tamaño de un humano adulto en solo un par de horas.
Su nombre procede de las siglas en inglés correspondientes a Impresión Rápida de Alta Área (High Area Rapid Print) y su nueva tecnología permite un rendimiento récord que puede fabricar productos bajo demanda. En los últimos 30 años, la mayoría de los esfuerzos en la impresión 3D se han dirigido a superar los límites de las tecnologías heredadas. A menudo, la búsqueda de piezas más grandes ha tenido un costo de velocidad, rendimiento y resolución. Con la tecnología HARP, este compromiso es innecesario, lo que le permite competir con la resolución y el rendimiento de las técnicas de fabricación tradicionales.
El prototipo de tecnología HARP tiene 13 pies de altura con una cama de impresión de 2.5 pies cuadrados y puede imprimir aproximadamente medio metro en una hora, un rendimiento récord para el campo de impresión 3D.
Esto significa que puede imprimir partes individuales, grandes o muchas partes pequeñas diferentes a la vez, tanto piezas duras y duraderas como objetos elásticos y que rebotan.
«La impresión 3D es conceptualmente poderosa pero en la práctica se ha limitado», dijo Chad A. Mirkin de Northwestern , quien dirigió el desarrollo del producto. “Si pudiéramos imprimir rápidamente sin limitaciones en materiales y tamaño, podríamos revolucionar la fabricación. HARP está listo para hacer eso.
Mirkin predice que HARP estará disponible comercialmente en los próximos 18 meses
El trabajo se publicó el 18 de octubre en la revista Science. Mirkin es profesor de química en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y director del Instituto Internacional de Nanotecnología. David Walker y James Hedrick, ambos investigadores en el laboratorio de Mirkin, fueron coautores del artículo.
Impresión 3D vertical y refrigerada
HARP utiliza una nueva versión de estereolitografía pendiente de patente, un tipo de impresión 3D que convierte el plástico líquido en objetos sólidos. HARP imprime verticalmente y utiliza luz ultravioleta proyectada para curar las resinas líquidas en plástico endurecido. Este proceso puede imprimir piezas duras, elásticas o incluso cerámicas.
HARP imprime verticalmente, utilizando luz ultravioleta para curar resinas líquidas en plástico endurecido. ©Northwestern University
Estas piezas impresas continuamente son mecánicamente robustas en comparación con las estructuras laminadas comunes a otras tecnologías de impresión 3D.
Se pueden usar como piezas para automóviles, aviones, odontología, aparatos ortopédicos, moda y mucho más.
Un factor limitante importante para las impresoras 3D actuales es el calor. Cada impresora 3D a base de resina genera mucho calor cuando se ejecuta a velocidades rápidas, a veces superiores a 180 grados centígrados. Esto no solo conduce a temperaturas peligrosamente altas en la superficie, sino que también puede hacer que las piezas impresas se agrieten y se deformen. Cuanto más rápido es, más calor genera la impresora. Y si es grande y rápido, el calor es increíblemente intenso.
Este problema ha convencido a la mayoría de las empresas de impresión 3D a permanecer pequeñas. «Cuando estas impresoras funcionan a altas velocidades, se genera una gran cantidad de calor a partir de la polimerización de la resina», dijo Walker. «No tienen forma de disiparlo».
‘Teflón líquido’ para enfriar la impresora 3D
La tecnología Northwestern evita este problema con un líquido antiadherente que se comporta como el teflón líquido. HARP proyecta luz a través de una ventana para solidificar la resina sobre una placa que se mueve verticalmente. El teflón líquido fluye sobre la ventana para eliminar el calor y luego lo circula a través de una unidad de enfriamiento.
«Nuestra tecnología genera calor al igual que los demás», dijo Mirkin. «Pero tenemos una interfaz que elimina el calor».
«La interfaz también es antiadherente, lo que evita que la resina se adhiera a la impresora», agregó Hedrick. «Esto aumenta la velocidad de la impresora en cien veces porque las piezas no tienen que ser cortadas repetidamente desde la parte inferior del tanque de impresión».
HARP puede imprimir objetos de cerámica que no se derriten, agrietan o debilitan cuando se aplica calor intenso. ©Northwestern University
Adiós almacenes, hola impresión 3D
Los métodos de fabricación actuales pueden ser procesos engorrosos. A menudo requieren el llenado de moldes prediseñados, que son caros, estáticos y ocupan un valioso espacio de almacenamiento. Mediante el uso de moldes, los fabricantes imprimen piezas por adelantado, a menudo adivinando cuántas podrían necesitar, y las almacenan en almacenes gigantes.
Aunque la impresión 3D está pasando de la creación de prototipos a la fabricación, el tamaño y la velocidad actuales de las impresoras 3D los han limitado a la producción en lotes pequeños. HARP es la primera impresora que puede manejar lotes grandes y piezas grandes además de piezas pequeñas.
HARP puede imprimir partes blandas y flexibles, además de objetos duros y duraderos. ©Northwestern University
«Cuando puede imprimir en grande y rápido, realmente puede cambiar la forma en que pensamos sobre la fabricación», dijo Mirkin. “Con HARP, puedes construir lo que quieras sin moldes y sin un almacén lleno de piezas. Puede imprimir cualquier cosa que pueda imaginar a pedido ”.
La más grande en su clase
Mientras que otras tecnologías de impresión han ralentizado o reducido su resolución para hacerse grande, HARP no hace tales concesiones. «Obviamente, existen muchos tipos de impresoras 3D: se ven impresoras que construyen edificios, puentes y carrocerías, y viceversa, se ven impresoras que pueden hacer piezas pequeñas con resoluciones muy altas», dijo Walker. «Estamos entusiasmados porque esta es la impresora más grande y de mayor rendimiento en su clase».
Las impresoras en la escala de HARP a menudo producen piezas que deben lijarse o mecanizarse hasta su geometría final. Esto agrega un gran costo laboral al proceso de producción. HARP pertenece a una clase de impresoras 3D que utilizan patrones de luz de alta resolución para lograr piezas listas para usar sin un procesamiento posterior extenso. El resultado es una ruta comercialmente viable para la fabricación de bienes de consumo.
Lo Nano se vuelve grande
Mirkin, un experto de renombre mundial en nanotecnología, inventó la impresora más pequeña del mundo en 1999. Llamada nanolitografía con pluma sumergida, la tecnología utiliza una pluma pequeña para modelar las características a nanoescala. Luego hizo la transición a una serie de bolígrafos pequeños que canalizan la luz a través de cada bolígrafo para generar localmente características de materiales fotosensibles. La interfaz especial antiadherente utilizada en HARP se originó al trabajar para desarrollar esta tecnología en una impresora 3D a nanoescala. «Desde un punto de vista volumétrico, hemos abarcado más de 18 órdenes de magnitud», dijo Mirkin.
El estudio, «Impresión 3D rápida, de gran volumen y controlada térmicamente utilizando una interfaz líquida móvil», fue respaldado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (número de premio FA9550-16-1-0150), el Departamento de Energía de EE. UU. ( número de premio DE-SC0000989) y la Fundación Sherman Fairchild.
Nota del editor: Mirkin, Walker y Hedrick tienen intereses financieros en Azul 3D, Inc., una compañía que ha licenciado la propiedad intelectual de HARP (solicitud de patente estadounidense 62 / 815,175). Los tres tienen afiliaciones con Azul 3D, Inc. Northwestern University tiene intereses financieros (capital, regalías) en Azul 3D, Inc.
Fuente: Northwestern.edu
