Impresoras 4D, nueva herramienta en diseño
La impresión 3D ha dado lugar a innovaciones en muchos campos. Ahora se presenta su sucesora, donde los materiales inteligentes prometen cambiar vidas.
Imagina tener un par de zapatos que, al salir a correr, adapte su estructura para una mayor comodidad. ¿Qué tal comprar un mueble, agregar agua y sólo esperar a que se arme solo? Éstas son unas de las opciones que Skylar Tibbits y más miembros de la comunidad científica plantean como posibilidades ante la llegada de la impresión 4D.
El Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y otros centros de investigación alrededor del mundo han apostado por esta nueva tecnología. Si la impresión 3D representó un impulso enorme en una nueva era del diseño y manufactura, la versión 4D cambiará las reglas del juego una vez más. Las repercusiones se verán en el diseño industrial, la medicina, la aeronáutica o incluso el arte y la moda.
Echemos un vistazo a los inicios de este avance, que en unos años quizá sea la nueva norma.
¿Qué es la impresión 4D?
Skylaar Tibbits, fundador del Self-Assembly Lab en el MIT y pionero en esta área, describe el concepto sencillamente: “Normalmente, imprimimos cosas y pensamos que están terminadas. [...] Pero queremos que sean capaces de transformarse y cambiar de forma conforme pasa el tiempo. Y queremos que se armen por sí mismos”.
He ahí la razón de incluir la idea de 4D en el nombre. No, no se imprimen objetos en el espacio-tiempo. El término simplemente fue acuñado por involucrar cambios posteriores. Ésta es la gran diferencia entre la impresión 3D y 4D: la transformación paulatina.
Esto se logra con unas modificaciones al momento de hacer la impresión. Los procesos para ambas tecnologías son prácticamente iguales:
- Se hace un modelo de la impresión con un diseño asistido por computadoras (CAD). Algunos ejemplos son 3ds Max, Blender, Cinema 4D y Maya.
- El archivo terminado se debe convertir a STL (Standard Tessellation Language). También puede ser formato ZPR.
- Se hacen los ajustes necesarios en la computadora que controla la impresora, tal como tamaño y orientación del objeto.
- Se prepara la impresora, ya sea recargándola o colocando las partes necesarias.
- Se hace la impresión. La duración del proceso varía dependiendo del objeto, pues cada capa suele ser de 0.1 mm de grosor y se hace una por una.
- Se retira el objeto impreso.
- En ciertos casos se requiere limpiar, lijar o pulir el objeto, pues puede haber polvo o sustancias de sobra.
- Se arma o utiliza el objeto.
Hasta este momento se pueden determinar la longitud, ancho y profundidad de la impresión, pero para que ésta pueda transformarse y calificar como un ejemplo de 4D, Tibbits agregó algo clave a la fórmula: materiales inteligentes. Estos pueden ser fibras de carbono, madera o textiles.
Con estos materiales listos, Tibbits incluyó un código geométrico preciso basado en los ángulos y dimensiones del objeto, al igual que medidas que indican la manera en que cambiará su forma al presentarse situaciones específicas. Por ejemplo, si se agrega agua, detecta algún movimiento o hay un cambio de temperatura específico, el material podría encogerse, deformarse, etc.
El cubo se forma al interactuar con agua, vía Mobile Mag
Cabe añadir que uno de los obstáculos que enfrentan estas propuestas, además del costo, es el tiempo en que tarda en reaccionar el material.
Algunos ejemplos
La comunidad científica ha entrado con entusiasmo a este nuevo campo. Para empezar, el mismo Tibbits presentó junto con el MIT sus prototipos hace unos años, los cuales han sido el punto de partida para muchos más. Por ejemplo, un filamento que forma una palabra al agregarse agua.
Con otra más grande armó un cubo.
Sin embargo, en los videos puedes observar que el tiempo que tardaron los objetos en transformarse fue bastante prolongado. En este caso, la grabación se adelantó hasta 100 veces más rápido para poder apreciar el cambio. Además, revertirlo a su estado original puede ser complicado dependiendo del material.
Con esto en mente, el profesor Marc in het Panhuis y su equipo en la Universidad de Wollongong, Australia, decidieron trabajar con otro material. Lograron desarrollar un hidrogel capaz de cambiar su figura dependiendo de la temperatura del agua. De esta manera, regresar a su estado inicial no es tan problemático.
Implementaron dicho material en una pipa que puede abrir y cerrar el paso del agua automáticamente. Si la temperatura del líquido supera los 35° C, el gel se encoge casi en un 50%. Como resultado, si el agua es muy caliente se bloquea el 99% del flujo. Y cuando se normaliza se volverá a abrir.
Marc in het Panhuis y su equipo, vía Gizmag
En la Universidad de Colorado, Boulder, el profesor H. Jerry Qi y su equipo utilizaron fibras de polímero con efecto térmico de memoria en sus impresiones. Se colocan en puntos clave del objeto, lo que permitirá la modificación de su forma. Se pueden calcular dobleces, flexibilidad y torsión del objeto al estar en contacto con agua, calor o presión.
H. Jerry Qi con impresiones en 4D, vía Gizmag
Futuro de la impresión 4D
La impresión 4D es un campo fértil y es muy probable que seamos testigos de un crecimiento ágil en su demanda. De acuerdo a un estudio por parte de MarketsandMarkets, este mercado se valorará en $63 millones de dólares para el año 2019. Aún más asombroso, se estima que en el 2025 alcance el valor de $555.6 millones de dólares.
Esto se debe a que, tal como sucedió con su predecesor, con el tiempo estas impresiones serán más accesibles al público en general. También se mejorarán las fallas que en este momento han limitado su desarrollo. Los sectores que pueden aprovechar de estos productos son especialmente la aeronáutica, construcción, la industria automotriz, el ejército, medicina, textiles, etc.
MarketsandMarkets indica que la mayoría de los impulsores de esta tecnología la implementarán con la intención de reducir costos de manufactura y procesos. Entre los competidores que se prevén son Autodesk, ExOne, Hewlett-Packard, Organovo, Stratasys y 3D Systems.
Resumiendo
La impresión 4D es un campo con mucho potencial. A partir de la idea de Skylaar Tibbits se han desarrollado varios usos para aprovechar las características de los materiales inteligentes. Son estas sustancias las que la diferencian de la impresión 3D, pues permiten una transformación con el paso del tiempo. Este cambio se efectúa a partir de la interacción del producto con cambios de temperatura, presencia del agua o presión.
Se estima que que su valor en el mercado crecerá enormemente en los siguientes 10 años, con un valor aproximado de $555.6 millones de dólares. Las áreas que probablemente se verán involucradas en su crecimiento son la aeronáutica, arquitectura, industria automotriz, milicia, investigación médica y el sector textil.
