Un equipo de investigadores internacionales ha desarrollado una adaptación que podría ayudar con el problema de los polímeros de la impresión 3D.
Para trabajos rápidos de creación de prototipos, los diseñadores suelen recurrir a impresoras 3D de fabricación de filamentos fundidos (FFF). En estas máquinas, los polímeros fundidos se superponen mediante una boquilla calentada. Este proceso está respaldado por lo que se conoce como software de corte, que informa al dispositivo de todos los pequeños detalles como la temperatura, la velocidad y el flujo necesarios para elaborar un producto específico deseado, en lugar de una masa amorfa de sustancia pegajosa congelada. Pero una cortadora solo funciona para un material confiablemente uniforme; eso no sería un gran problema, excepto que la mayoría de esos materiales suelen ser plásticos no reciclables.
Pero gracias a la colaboración de ingenieros entre el Centro de Bits y Átomos (CBA) del MIT, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de EE. UU. y el Centro Nacional de Investigación Científica de Grecia, un pequeño ajuste computacional ahora puede permitir una solución fuera de lo común. Dispositivo disponible para analizar, ajustar y utilizar con éxito materiales de impresión previamente irreconocibles en tiempo real para crear productos más ecológicos.
Las impresoras 3D a menudo dependen de materiales no sostenibles, pero no se pueden simplemente cambiar esos polímeros por alternativas potencialmente más sostenibles. A diferencia de los polímeros artificiales, las opciones ecológicas contienen una mezcla de varios ingredientes que dan como resultado propiedades físicas muy variables. Los polímeros de origen vegetal, por ejemplo, pueden cambiar según lo que esté disponible de una temporada a otra, mientras que las resinas reciclables fluctúan según los materiales de origen. Todavía se pueden usar, pero los parámetros de software de un dispositivo necesitarían ajustes para todos y cada uno de los lotes. Y teniendo en cuenta que la programación de una impresora 3D suele contener hasta 100 parámetros ajustables, esto hace que las soluciones reciclables sean difíciles de vender.
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En un nuevo estudio publicado en Integración de materiales e innovación en fabricaciónlos ingenieros detallaron una función matemática recientemente diseñada que permite que el software extrusor de impresoras 3D disponibles en el mercado utilice múltiples materiales, incluidos polímeros de origen biológico, resinas de origen vegetal u otros materiales reciclables.
Primero, los investigadores tomaron una impresora 3D construida para proporcionar retroalimentación de datos mientras estaba en funcionamiento, luego la equiparon con tres nuevas herramientas para medir varios factores como la presión, el grosor del filamento y la velocidad. Una vez instalados, el equipo creó una prueba de 20 minutos durante la cual esos instrumentos midieron diferentes caudales, así como sus temperaturas y presiones asociadas. Después de algunas pruebas y errores, los ingenieros se dieron cuenta de que el mejor enfoque para esto era establecer la temperatura más alta posible para la boquilla de una impresora 3D, también conocida como “hotend”, por razones obvias. En este caso, la temperatura máxima del hotend estuvo a la altura del nombre: 290 grados Celsius o alrededor de 554 Fahrenheit. Luego lo configuraron para que extruyera el filamento a un ritmo constante, apagaron el calentador y lo dejaron funcionar.
“Fue realmente difícil descubrir cómo hacer que esa prueba funcionara. Tratar de encontrar los límites del extrusor significa que vas a romper el extrusor con bastante frecuencia mientras lo pruebas”, dijo el estudiante graduado de CBA y primer autor del estudio, Jake Read. dijo en un comunicado los lunes. “La idea de apagar el calentador y simplemente tomar medidas pasivamente fue el momento ‘ajá'”.
Luego, Read y sus colaboradores ingresaron la información obtenida de su prueba en una nueva función matemática que calculaba automáticamente los parámetros de impresión viables y la configuración de la máquina según el material. Una vez que estuvieron disponibles, el equipo simplemente ingresó los parámetros en el software de la impresora 3D y lo dejó funcionar normalmente.
Para probar su sistema, los investigadores utilizaron seis materiales diferentes para imprimir en 3D un pequeño remolcador de juguete. Incluso incluyendo opciones ecológicas derivadas de algas, madera y ácido poliláctico sustentable, los ingenieros no reportaron “fallas de ningún tipo” en sus pequeños modelos de embarcaciones, aunque desde un punto de vista estético, la madera y las resinas de algas sí daban un aspecto bastante fibroso. productos finales.
Pero si bien es posible que las nuevas modificaciones aún no ofrezcan un “escrutinio completo de toda la fenomenología y el modelado asociados con la impresión FFF”, el equipo cree que el sistema muestra que “incluso los métodos simples en combinación con hardware instrumentado y flujos de trabajo que conectan máquinas a cortadoras pueden tener resultados prometedores”.
A continuación, los investigadores esperan ampliar sus esfuerzos de modelado computacional, así como diseñar una manera de que los parámetros de prueba puedan aplicarse automáticamente a una impresora 3D en lugar de requerir una entrada manual. Mientras tanto, han realizado sus diseños mecánicos y de circuitos, así como códigos fuente de firmware, marcos y experimentos. disponible en linea para que otros lo prueben por sí mismos.