viernes, 3 febrero 2023

El plástico impreso en 3D que nace con propiedades magnéticas o eléctricas

Dentro de la tecnología de fabricación aditiva se han registrado destacables hitos en los últimos años. Ahora bien, tanto en NAITEC como en la UPNA creen que todavía quedan importantes oportunidades por explorar. Así nació Amelec, un proyecto centrado en el desarrollo de plásticos con propiedades magnéticas o capaces de conducir electricidad. Todo ello en un único proceso, a través de una impresora 3D. La iniciativa está coordinada por ADItech, a su vez agente coordinador del SINAI, y cuenta con financiación del Ejecutivo foral.

Cristina Mogna
Pamplona - 25 enero, 2023

El equipo ha impreso una furgoneta en miniatura que, al tocarla, enciende sus luces y activa la bocina. (Fotos: Maite H. Mateo)

Hasta hace apenas un par de años, cualquiera que aspirara a tener en su mano una impresora 3D debía respirar profundo y prepararse para desembolsar una generosa cantidad de dinero. Como suele suceder cuando los descubrimientos científicos se democratizan, el panorama actual resulta mucho más amable. Hoy en día, quien desea hacerse con uno de estos equipos puede encontrar referencias relativamente asequibles en el mercado desde 200 o 300 euros. De esta manera, la tecnología de fabricación aditiva -un proceso mediante el cual se van superponiendo capas de material hasta conseguir el diseño y la forma deseados- ya no es solo una realidad en la industria, sino que además está al alcance de quienes quieren experimentar en casa.

La primera impresora 3D vio la luz en 1981, cuando el Dr. Hideo Kodama presentó una máquina de prototipado rápido que curaba la resina mediante rayos láser. Un lustro más tarde, el estadounidense Charles W. Hull presentó la primera patente del proceso de estereolitografía, una de las primeras tecnologías de manufacturación aditiva. Han pasado cuatro décadas desde esos hitos iniciales, y los avances desde entonces se antojan incontables.

Sin embargo, algunos especialistas creen que la impresión 3D todavía puede sorprender al mundo con nuevos desarrollos. Ese es el caso de Maite Aresti, doctora en Ingeniería de Materiales y Fabricación y gestora de proyectos en la Unidad de Negocio de Mecatrónica del Centro Tecnológico de Automoción y Mecatrónica (NAITEC), e Iñaki Pérez de Landazábal, catedrático de Física de la Materia Condensada y profesor en la Universidad Pública de Navarra (UPNA).

Ambos participan en Amelec (Advanced Manufacturing of Electronics), un proyecto liderado por NAITEC en colaboración con la institución universitaria cuyo objetivo es investigar y profundizar en nuevos procesos de fabricación aditiva que permitan incorporar electrónica embebida en piezas plásticas. “Al final -resalta Aresti-, lo que queríamos era dar un valor añadido a este tipo de fabricación. La impresión 3D ya se emplea, pero a la hora de introducir nuevas funcionalidades todavía no existen tantos materiales ni conocimiento suficiente”.

Maite Aresti (NAITEC): “Logramos que ese plástico sea magnético o capaz de conducir electricidad”

La iniciativa está coordinada por ADItech -a su vez agente coordinador del Sistema Navarro de I+D+i (SINAI)– y financiada por el Ejecutivo foral en la convocatoria de ayudas a centros tecnológicos y organismos de investigación para la realización de proyectos de I+D colaborativos.

El germen de Amelec, tal y como precisa la experta de NAITEC, tiene su origen en la experiencia previa que el personal investigador del centro había acumulado en impresión electrónica en dos dimensiones. “Teniendo en cuenta todo el trabajo que habíamos realizado, tanto en el desarrollo de formulación de tintas como en la integración de estas en un producto electrónico, y viendo que la tendencia es hacia nuevas formas de fabricación, pensamos dar el salto a la fabricación electrónica en tres dimensiones. La idea era reorientar todo el conocimiento que ya teníamos”, destaca.

Para conseguirlo, desde el centro tecnológico decidieron aliarse con la UPNA. “En la universidad necesitan acercar toda la investigación básica que hacen a las empresas. Y un proyecto de este tipo es bueno para conseguir eso. Nosotros nos hemos enfocado más en materiales conductores y eléctricos, mientras que el grupo de Iñaki se ha centrado en materiales magnéticos, que es donde están especializados”, explica la química.

Iñaki Pérez de Landazábal y Maite Aresti, en el laboratorio de impresión 3D de NAITEC.

Aresti recurre a un bolígrafo para detallar la labor en la que se encuentra sumergida desde hace tres años. “El plástico de un boli, por ejemplo, no es conductor de electricidad ni es magnético. Lo que nosotros hacemos es conferirle al plástico esas propiedades, a través de partículas que son comerciales o sintetizadas por el equipo de la UPNA. Lo mezclamos todo -expone- y al final logramos que ese plástico, que en principio no hace nada, de repente sea magnético o capaz de conducir electricidad”.

Todo ello es factible gracias a una impresora que cuenta con dos boquillas de impresión. “En una iría el plástico y, en la otra, el material desarrollado, dopado con partículas metálicas”, añade la científica. Para acercar este descubrimiento al sector privado, el equipo investigador imprimió una pequeña pieza que conduce la electricidad y es capaz de encender y apagar un circuito. Asimismo, también desarrolló una furgoneta en miniatura que, al tocarla, enciende sus luces y activa la bocina.

VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA

Se trata de una tecnología que, en estos momentos, “no es superrápida ni muy competitiva, pero sí muy versátil”, defiende Aresti. En concreto, la impresión 3D de plásticos embebidos con electrónica permite acceder a materiales “que actualmente no existen en el mercado”. Por otro lado, “ofrece la posibilidad de ahorrar pasos y de fabricar un producto en un solo proceso porque basta con hacer diseños digitales ad hoc, en función del objeto que se requiera, enviar a la máquina y esperar unas horas hasta que se imprima”.

Quienes deseen conocer más a fondo el proyecto pueden hacerlo a través de este enlace

“Además -agrega Pérez de Landazábal-, todo esto es muy fácil de enviar a puntos geográficos diferentes. El mismo diseño que haces un día lo puedes fabricar en China al día siguiente o en la misma tarde, según la hora en la que se envíe. Distribuir esta tecnología y este desarrollo resulta muy sencillo”.

Pese a las ventajas que enumera, el investigador y profesor universitario no es ajeno a las dificultades que ha tenido que sortear durante la evolución de este proyecto. “Muchas veces se ha planteado que lo que estamos haciendo no es impresión 3D, sino 4D, y en este campo todavía hay mucho margen de mejora. Aunque en principio todo esto pueda parecer muy fácil -coger un polímero y agregarle partículas-, lo cierto es que en el proceso de fabricación estos polímeros se decantan, se hacen muy frágiles y en ocasiones encontramos que las propiedades mecánicas no siempre son las adecuadas o que se imprime mal. Son muchos los parámetros a controlar y resulta necesario más desarrollo tecnológico para que esto sea vendible y reproducible”, admite.

Aresti mide la carga eléctrica de uno de los materiales impresos en NAITEC.

Aresti mide la carga eléctrica de uno de los materiales impresos en NAITEC.

Al igual que su colega, Aresti también reconoce que “todavía queda un largo recorrido” para trasladar este descubrimiento a la industria privada. Ahora bien, los hitos logrados tienen un gran potencial para el tejido productivo. “Lo que este proyecto ha demostrado es que resulta posible imprimir plásticos con electrónica embebida que parecen bastante robustos y que la tecnología puede servir para este tipo de aplicaciones”, remarca. “De hecho -añade Pérez de Landazábal-, hemos publicado los resultados iniciales en una revista científica de prestigio internacional, lo que demuestra que estamos en un campo de interés”.

Iñaki Pérez de Landazábal (UPNA): “La aplicación puede ser inmensa, desde la mecatrónica hasta la biomedicina”

Además de realizar simulaciones para examinar las prestaciones de estos nuevos materiales creados, Aresti y Pérez de Landazábal han encargado a otros dos equipos investigadores de la UPNA el análisis del ciclo de vida de los plásticos embebidos resultantes, para determinar así su impacto medioambiental y su huella de carbono.

Esta vertiente de sostenibilidad también se incorpora en sus nuevas investigaciones. Aunque el proyecto Amelec -iniciado en enero de 2020 y culminado en noviembre de 2022- ha llegado a su fin, las conclusiones obtenidas en el marco de esta iniciativa han resultado muy prometedoras. Por eso, ambos agentes han decidido darle continuidad con la puesta en marcha de una nueva investigación. “En esta ocasión -avanza la investigadora de NAITEC- nos centraremos en las ferritas que se emplean para mitigar el ruido electromagnético. La idea es recuperar el polvo de las ferritas que se tiran a la basura, cuando nadie sabe qué hacer con ellas, para introducirlo en material plástico y fabricar así nuevas ferritas mediante impresión 3D. Esto nos permitiría aligerar el peso de estas herramientas y jugar con su geometría”.

En un futuro, no obstante, el objetivo es que la labor investigadora encabezada por los impulsores de Amelec pueda extrapolarse a una gran variedad de sectores. “La aplicación puede ser inmensa, desde imanes permanentes para motores de coches eléctricos hasta materiales poliméricos de biomedicina que permitan la liberación controlada de fármacos. La tecnología que nos permite desarrollar este proyecto es muy variada”, plantea Pérez de Landazábal.

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