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Charla «¿Y si las impresoras 3D fueran 100 veces más rápidas?» de TED2015 en español.
Lo que pensamos como impresión 3D, dice Joseph DeSimone, es realmente solo impresión 2D una y otra vez… lentamente. En el escenario de TED2015, presenta una nueva técnica audaz —inspirado, sí, en Terminator 2— que es 25 a 100 veces más rápida y crea piezas ligeras y fuertes. ¿Podrá finalmente ayudar a cumplir la gran promesa de la impresión 3D?
- Autor/a de la charla: Joseph DeSimone
- Fecha de grabación: 2015-03-16
- Fecha de publicación: 2015-03-19
- Duración de «¿Y si las impresoras 3D fueran 100 veces más rápidas?»: 645 segundos
Traducción de «¿Y si las impresoras 3D fueran 100 veces más rápidas?» en español.
Me ilusiona estar aquí esta noche compartiendo algo en lo que estamos trabajando desde hace dos años, algo del campo de la fabricación por adición, también conocida como impresión 3D.
Vean este objeto.
Parece bastante sencillo, pero es muy complejo a la vez.
Es un conjunto de estructuras geodésicas concéntricas con conexiones entre cada una.
En su contexto, no se puede fabricar con técnicas tradicionales de manufactura.
Tiene una simetría tal que no se puede moldear por inyección.
No se puede fabricar por fresado.
Es un trabajo para una impresora 3D, pero la mayoría de las impresoras 3D gastarían de 3 a 10 horas fabricándolo.
Nosotros vamos a arriesgarnos a fabricarlo en el escenario esta noche durante esta charla de diez minutos.
Deséennos suerte.
La impresión 3D es, en realidad, un nombre inapropiado.
Es, en realidad, impresión en 2D una sobre otra, y se usan, de hecho, tecnologías asociadas con la impresión 2D.
Piensen en la impresión de inyección, donde se pone tinta en un hoja para hacer letras, y luego se hace lo mismo una y otra vez para construir un objeto tridimensional.
En microelectrónica se usa algo llamado litografía para hacer lo mismo, para hacer transistores y circuitos integrados y construir una estructura varias veces.
Esas son todas tecnologías de impresión en 2D.
Ahora bien, soy químico y científico de materiales, y mis co-inventores son también científicos de materiales, químico el uno, físico el otro, y nos empezamos a interesar en la impresión 3D.
Es bien sabido que, muchas veces, la ideas nuevas son simples conexiones entre personas de comunidades diferentes con experiencias diferentes, y ese es nuestro caso.
Fuimos inspirados por la escena del T-1000 de «Terminator 2», que nos llevó a preguntamos,
¿por qué una impresora 3D no podría operar de esta forma, haciendo que un objeto emergiera de un charco, en esencia, en tiempo real y, esencialmente, con cero desperdicio para hacer un objeto grande?
Si, exactamente como en la película.
¿Podríamos, inspirados en Hollywood, encontrar formas de hacer que esto realmente funcionara?
Y ese fue nuestro reto.
Nuestro enfoque sería, si pudiéramos hacer esto, podríamos, en lo fundamental, resolver los tres problemas que no dejan que la impresión 3D se convierta en un proceso de manufactura.
Uno: la impresión 3D dura una eternidad.
Hay hongos que crecen más rápido que las partes impresas en 3D.
(Risas)
El proceso, capa por capa, produce defectos en las propiedades mecánicas, y si pudiéramos proceder de forma continua podríamos eliminar estos defectos.
Y si pudiéramos proceder más rápido, podríamos, de hecho, empezar a usar materiales de autocurado y tener propiedades sorprendentes.
Si pudiéramos sacar esto adelante, imitar a Hollywood, podríamos, de hecho, encarar la manufactura 3D.
Nuestro enfoque es usar conocimientos estándar de la química de polímeros para aprovechar la luz y el oxígeno en la fabricación continua de partes.
La luz y el oxígeno funcionan de manera diferente.
La luz puede tomar una resina y convertirla en un sólido, puede convertir un líquido en sólido.
El oxígeno inhibe ese proceso.
Así que la luz y el oxígeno están en polos opuestos desde el punto de vista químico, y si pudiéramos controlar en el espacio la luz y el oxígeno, podríamos controlar este proceso.
Nos referimos a esto como Interfaz de Producción Líquida Continua, CLIP, su sigla en inglés.
Tiene tres componentes funcionales.
Uno, un tanque que contiene el charco como el del T-1000.
En el fondo del tanque hay una ventana especial, volveré a eso luego.
Tiene además, una plataforma que descenderá dentro del charco y sacará el objeto del líquido.
El tercer componente es un sistema de proyección de luz digital que va debajo del tanque que ilumina con luz ultravioleta.
La clave es que esta ventana en el fondo del tanque, es un compuesto, es una ventana muy especial.
No solo es transparente a la luz, sino que es permeable al oxígeno.
Tiene características de lente de contacto.
Así que podemos ver cómo funciona el proceso.
Empiecen notando que si se hace descender una plataforma allí en un proceso tradicional, con una ventana impermeable al oxígeno, se hace un patrón de dos dimensiones que termina pegándose en la ventana, en el caso de una ventana tradicional, y para colocar la siguiente capa, se tiene que separar aquello, poner más resina, reposicionar las cosas y hacer este proceso una y otra vez.
Pero con nuestra ventana especial, somos capaces de hacer que el oxígeno que pasa por el fondo mientras la luz actúa, inhiba la reacción y se forme una zona muerta.
Esta zona muerta tiene unas decenas de micras de espesor, dos o tres veces el diámetro de un glóbulo rojo, justo en la ventana de la interfaz que se conserva líquida, y hacemos que se levante este objeto, y como lo mencionamos en un artículo en Science, cambiando el contenido de oxígeno, cambiamos el grosor de la zona muerta.
Y así tenemos una serie de variables que podemos controlar: el contenido de oxígeno, la luz, la intensidad de la luz, la dosis a curar, la viscosidad, la geometría, y usamos software muy sofisticado para controlar este proceso.
El resultado es realmente asombroso.
Es de 25 a 100 veces más rápido que las impresoras 3D tradicionales, lo cual es revolucionario.
Además, en cuanto a nuestra capacidad para suministrarle líquido a la interfaz, podemos ir 1000 veces más rápido, creo.
Y esto nos da la oportunidad de generar una gran cantidad de calor, y como ingeniero químico, me emociona la transferencia de calor y la idea de que un día podamos tener impresoras 3D enfriadas con agua, por lo que van muy rápido.
Además, como estamos haciendo que las cosas crezcan, eliminamos las capas y las partes son monolíticas.
No se ve la estructura de la superficie.
Se tienen superficies molecularmente lisas.
La mayoría de partes que se hacen en una impresora 3D, se reconocen porque tienen propiedades mecánicas que dependen de la orientación con que se imprimieron, debido a la estructura como de capas.
Pero cuando sacamos objetos de esta forma, las propiedades no varían con la dirección de impresión.
Parecen partes moldeadas por inyección, lo cual es muy diferente de la fabricación en 3D tradicional.
Además, estamos en capacidad de añadirle todo el libro de química de polímeros, y estamos en capacidad de diseñar químicas que le den nacimiento a las propiedades que hemos querido tener en objetos impresos a 3D.
(Aplausos)
Ahí está.
Es grandioso.
(Aplausos)
Siempre se corre el riesgo de que algo así no funcione en el escenario,
¿verdad?
Podemos tener materiales con propiedades mecánicas geniales.
Por primera vez, podemos tener elastómeros altamente elásticos o que realmente amortigüen.
Por ejemplo, para el control de vibración o para zapatillas especiales.
Podemos hacer materiales que tengan una fuerza increíble, de una alta relación resistencia-peso, materiales realmente fuertes, elastómeros realmente grandiosos.
Lancémosle esto al auditorio.
Materiales con propiedades extraordinarias.
La oportunidad que se crea ahora es, si en verdad se hacen partes que tengan propiedades de acabado final y se hacen a velocidades innovadoras, la de poder transformar la manufactura.
Lo que sucede hoy día en la manufactura, es el así llamado hilo digital.
En la manufactura digital, se va del diseño asistido por computador, CAD, su sigla en inglés, a un prototipo y de este a la manufactura.
Con frecuencia, el hilo digital se rompe en el prototipo porque no se puede pasar a la fabricación, pues la mayoría de las partes no tienen propiedades de acabado final.
Ahora podemos conectar el hilo digital hasta el final, del diseño al prototipo y del prototipo a la fabricación, y esa oportunidad realmente nos abre a toda suerte de cosas, desde carros más eficientes en el consumo de combustible, por las propiedades de la estructura reticular con una alta relación peso-resistencia, a nuevas hojas de turbinas, toda clase de cosas maravillosas.
Piensen que llegan a necesitar un ‘stent’ en una situación de emergencia, y que en lugar de sacar uno estándar del estante, el doctor toma uno que está diseñado para Uds., para su anatomía y sus arterias, impreso en una situación de emergencia en tiempo real con la propiedad de que puede desaparecer a los 18 meses: revolucionario en verdad.
O la odontología digital y la elaboración de esas estructuras incluso mientras Uds.
están en la silla del odontólogo.
Miren las estructuras que mis alumnos están haciendo en la Universidad de Carolina del Norte.
Son estructuras sorprendentes a micro-escala.
Ya Uds.
saben lo buenos que somos en el campo de la nanofrabricación.
La ley de Moore ha llevado las cosas al orden de las 10 micras y menos todavía.
Somos realmente buenos en eso, pero es realmente duro hacer cosas entre 10 y 1000 micras, la mesoescala.
Y las técnicas sustractivas de la industria del silicón no pueden hacer esto bien.
No pueden grabar obleas así de bien.
Pero este proceso es tan suave, que podemos sacar estos objetos del fondo usando la fabricación aditiva y hacer cosas sorprendentes en cuestión de segundos, abriendo camino a nuevas tecnologías de sensores, nuevas técnicas para la administración de drogas, nuevas aplicaciones de laboratorio-en-un-chip, cosas realmente revolucionarias.
La posibilidad de hacer una parte con propiedades de acabado final en tiempo real, realmente facilita la fabricación en 3D, y para nosotros esto es muy excitante porque significa tener posesión de la intersección entre hardware, software y ciencia molecular, y no puedo esperar a ver lo que diseñadores e ingenieros alrededor del mundo van a poder hacer con esta grandiosa herramienta.
Gracias por escuchar.
(Aplausos)
https://www.ted.com/talks/joseph_desimone_what_if_3d_printing_was_100x_faster/