Impresión 3-D con la celulosa de la madera

Impresora 3D

Durante siglos, la celulosa ha formado la base del material más impreso del mundo: el papel. Ahora, gracias a una nueva investigación en el MIT, también se puede convertir en un material abundante para imprimir, proporcionando potencialmente una alternativa renovable y biodegradable a los polímeros que se utilizan actualmente en los materiales de impresión tridimensionales.

«La celulosa es el polímero orgánico más abundante en el mundo», dice el postdoc del MIT Sebastian Pattinson, autor principal de un artículo que describe el nuevo sistema en la revista Advanced Materials Technologies, No sólo se encuentra en los árboles, sino también en otras plantas e incluso bacterias. El autor del artículo es el profesor asociado de ingeniería mecánica A. John Hart, profesor de desarrollo profesional de Mitsui en tecnología contemporánea.

La celulosa es el componente que confiere a la madera sus propiedades mecánicas. Y al ser tan barato, renovable, biodegradable y químicamente versátil, se utiliza en gran cantidad de productos. La celulosa y sus derivados se utilizan en productos farmacéuticos, material médico, aditivos alimentarios, materiales de construcción, ropa y en definitiva en todo tipo de areas. Y muchos de estos productos se beneficiarían en gran manera de la versatilidad y de los bajos costes que la impresión 3D brinda.

El uso de la celulosa directamente como material para la fabricación de filamentos no es una idea pionera. Muchos investigadores lo han intentado anteriormente pero sin éxito. La celulosa al ser calentada se descompone antes de que pueda ser extruida debido a su estructura molecular. Incluso las soluciones de celulosa de alta concentración son demasiado viscosas para poder ser usadas.

Sin embargo, el MIT optó por trabajar con acetato de celulosa, que es practicamente una molécula de celulosa donde se han sustituido los enlaces de hidrógeno por acetato. Además es un material muy barato y sencillo de producir. Puede disolverse en acetona y extruirse a través de una boquilla. La acetona al evaporarse rápidamente, provoca que el acetato de celulosa se solidifique. Después se sustituyen los grupos de acetato por enlaces de hidrógeno, utilizando hidróxido de sodio, aumentando así la resistencia de las piezas impresas. Siendo incluso más resistentes que las piezas impresas con materiales convencionales como el ABS.

Al no ser necesario el calentamiento del material ya que se puede realizar a temperatura ambiente, porque depende de la evaporación de la acetona. Este método sería más rápido que las técnicas de impresión 3D actuales e incluso están trabajando para poder reutilizar la acetona evaporada.

Para demostrar su versatilidad química, añadieron una pequeña cantidad de colorante antimicrobiano a la mezcla, e imprimieron unas pinzas quirúrgicas con características antimicrobianas, que en hospitales de campaña o en lugares donde la esterilidad no es ideal, esta función podría ser esencial.

Pinzas quirúrgicas antimicrobianas impresas con esta técnica. Imagen cortesía de los investigadores.

¿Qué es la fabricación aditiva? o impresión 3D?

La fabricación aditiva, o fabricación por adición, es un nuevo concepto de producción a través del cual el material (plástico o metal) es depositado capa a capa de manera controlada allí donde es necesario. Con esta técnica, que comúnmente se conoce como impresión 3d, se producen formas geométricas personalizadas según las necesidades de cada sector.

En México desarrollan una tinta 3D

Los investigadores de la Empa Gilberto Siqueira y Tanja Zimmermann del Laboratorio de Materiales de Madera Aplicada han logrado, junto con colegas de la Universidad de Harvard y de ETH Zürich, desarrollar una nueva tinta de impresión 3D de nanocristales de celulosa (CNC), respetuosa con el medio ambiente.

Empa ha estado usando un método de impresión 3D llamado “Escritura Directa de Tinta”. En este proceso, una sustancia viscosa es exprimida fuera de las boquillas de impresión y depositada sobre una superficie, casi como una máquina de pasta. En este proceso, estaban buscando sustancias verdes. “El mayor desafío fue lograr una consistencia elástica viscosa que también podría ser comprimida a través de las boquillas de la impresora 3D”, afirma Gilberto Siqueira.

Empa está convencida de que el material CNC es adecuado para una amplia variedad de aplicaciones diferentes debido a sus grandes propiedades mecánicas, así como la posibilidad de modificación química y alineación durante la impresión. Posibles aplicaciones entre otras son las prótesis, los implantes, así como la industria del automóvil y el embalaje.

Fuentes: MIT News, Geekmag, Mizaradittive, AMAS.