Estudio de los parámetros experimentales de impresión de un prototipo de impresora 4D

Abstract

La impresión 4D también conocida como bioimpresión recurre a impresoras 3D para crear objetos tridimensionales vivos a través de la deposición programada por computadora. Lo hace utilizando materiales inteligentes, que pueden programarse para que tras su fabricación el producto reaccione y pueda cambiar de forma, color o tamaño cuando reciben un estímulo externo. Es el caso de resinas de hidrogel, polímeros activos o, incluso, tejidos vivos. Se imprimen en 3D con un diseño específico, que al paso del tiempo y al entrar en contacto con la humedad, la luz, la presión o la temperatura, entre otros factores, evolucionan hasta lograr el acabado previsto. La impresión 4D hace posible que un objeto, por ejemplo, pueda doblarse, repararse, ensamblarse o incluso desintegrarse a sí mismo. Adquiere una nueva forma o funcionalidad por sí solo, reaccionando con el entorno. Este proyecto se ha basado en el prototipado de una impresora 4D con ayuda de la estructura de una impresora 3D usando un material inteligente, en este caso dos hidrogeles, uno elaborado por el grupo de trabajo con respecto a la experiencia y el otro proporcionado por un artículo, ambos responden al agua. Para lograr que, con el paso del tiempo, bajo las condiciones requeridas, nuestro prototipo se mueva a otra configuración, a través de un diseño ingenioso de la pieza, logramos implementar el material sensible al agua en nuestro prototipo de impresora 4D, dando como resultado una impresora con la que podemos generar diseños de especímenes inteligentes. El trabajo del grupo involucró varias etapas. Comenzando por una exhaustiva investigación sobre los principios activos de los hidrogeles con los que se trabajarían, para caracterizarlos de acuerdo con nuestra conveniencia y una serie de pruebas para analizar el comportamiento al imprimir, una vez secos y bajo el estímulo. Posteriormente se analizaron los factores clave a considerar en el diseño de la impresora principalmente en la extrusión del material puesto que este es viscoso y semilíquido a temperatura ambiente por lo tanto la extrusión tradicional de empujar el material y calentarlo en el fusor debía ser remplazado. Se implementó una extensión de cable para dejar de lado el extrusor de la impresora 3 y se diseñó un dispositivo impreso con PLA, un motor y una jeringa que proporciona el material inteligente (hidrogel) a la impresión hasta salir por una boquilla de jeringa adaptada como extrusor. Finalmente, se imprimieron algunas geometrías y aplicando el estímulo apropiado, en este caso agua, obtuvimos una respuesta favorable, permitiendo que el prototipo cambie de forma conforme a lo planeado.