Crédito: ACS Aplication Ingeniería Materiales (2025). Doi: 10.1021/acsaenm.4c00685
Desde pantallas de teléfonos inteligentes sensibles al tacto hasta dispositivos portátiles de fitness y auriculares inalámbricos, la electrónica se está volviendo cada vez más integrada en nuestra vida cotidiana, y más pequeño, más ligero y más flexible en el proceso. Pero a medida que crece la demanda de dispositivos electrónicos, también lo hace la necesidad de formas más sostenibles de producirlos.
Ese es el problema que un equipo de investigación dirigido por el profesor asociado Michinao Hashimoto de la Universidad Tecnológica y el Diseño de Singapur (SUTD) se propuso abordar. El equipo desarrolló un nuevo método de impresión 3D que convierte los materiales biodegradables en estructuras eléctricamente conductoras, lo que podría inyectar un fuerte elemento de sostenibilidad en varios componentes electrónicos.
“A medida que avanza la impresión en 3D, la tecnología ya no es solo dar forma a los plásticos”, dijo el profesor asociado Hashimoto. “También se trata de tejer en funcionalidad, como la conductividad, para crear dispositivos directamente a partir de materiales sostenibles”.
En el papel“Impresión de extrusión de compuestos de polímeros eléctricamente conductores a través de la precipitación de inmersión”, el equipo exploró el uso de acetato de celulosa, un plástico derivado de plantas que es biodegradable y se considera cada vez más como una alternativa más verde a los polímeros sintéticos. Sin embargo, imprimir con él ha estado lejos de ser simple. El estudio se publica en la revista ACS Applied Engineering Materials.
Los métodos de impresión convencionales basados en extrusión, como el modelado de deposición fusionado, dependen del alto calor, algo de acetato de celulosa no puede resistir sin degradarse. Otros métodos como la fundición de películas carecen de la precisión y la flexibilidad requeridas por la fabricación digital.
Para superar esto, los investigadores recurrieron a la escritura directa de tinta, lo que extruye las tintas de polímeros a temperatura ambiente. Su acetato de celulosa combinada de tinta personalizada disuelta en acetona con micropartículas de grafito para lograr una conductividad eléctrica. Sin embargo, la tinta se extiende con demasiada facilidad en el aire, lo que lleva a una mala definición de impresión debido a la lenta evaporación de la acetona.
El avance se produjo cuando los investigadores introdujeron un medio de agua circundante. Al extruir la tinta directamente en agua, iniciaron un proceso llamado precipitación de inmersión, donde el agua extraía rápidamente la acetona de la tinta, que a su vez la solidificaba en su lugar. Es importante destacar que este proceso evitó que el material se propagara, permitiendo la formación de estructuras 3D agudas y bien definidas.
“Esta es la primera vez que la precipitación de inmersión y la impresión 3D se han combinado para realizar compuestos de polímeros conductivos”, explicó el profesor asociado Hashimoto. “Nos permite imprimir tintas con un contenido de relleno mucho más alto de lo habitual, sin obstruir ni colapso estructural”.
La mayoría de los métodos de impresión luchan por manejar rellenos conductores por encima del 30-50% en peso. Más allá de eso, la obstrucción de la boquilla o el control de la forma de la forma se convierte en un problema. Pero con su técnica basada en la inmersión, los investigadores pudieron incorporar concentraciones de grafito de hasta el 60% mientras mantenían una buena imprimibilidad y uniformidad. Los compuestos impresos alcanzaron conductividades de más de 30 s/m, suficientes para soportar aplicaciones como circuitos flexibles y sensores blandos.
También demostraron cómo estos compuestos impresos podrían usarse para completar los circuitos eléctricos, alimentando con éxito diodos emisores de luz (LED). Para mostrar aún más la versatilidad de su método, imprimieron estructuras espirales que sobresalían en un medio de soporte basado en gel, donde lograron geometrías complejas sin la necesidad de andamios tradicionales o posprocesamiento.
“La capacidad de imprimir los voladizos sin soporte, usando solo un baño de gel, realmente expande lo que podemos hacer”, dijo el Dr. Arunraj s/o Chidambaram, el autor principal del artículo. “Es un enfoque más elegante y eficiente que imprimir estructuras de sacrificio y eliminarlas más tarde”.
La sostenibilidad ambiental fue la principal fuerza impulsora detrás del proyecto. El acetato y el grafito de celulosa son biodegradables y ampliamente disponibles. La acetona, el disolvente utilizado en la tinta, tiene baja toxicidad y se degrada fácilmente en el suelo y el agua. La combinación de estos materiales permite al equipo ofrecer una ruta viable hacia la fabricación electrónica que viene con una huella ambiental más pequeña.
El equipo tiene la intención de adaptar el enfoque para otras combinaciones de polímeros-refilizador y probar cómo funcionan sus materiales impresos en condiciones del mundo real con el tiempo. El objetivo general es crear una plataforma escalable y de bajo costo para producir dispositivos sostenibles de alto rendimiento.
El profesor asociado Hashimoto agregó: “Al ajustar las propiedades del material y refinar el proceso, nuestro objetivo es construir una biblioteca completa de compuestos funcionales imprimibles adaptados para aplicaciones específicas, ya sea tecnología portátil, biosensores o circuitos flexibles”.
Más información: Arunraj Chidambaram et al, Impresión de extrusión de compuestos de polímeros eléctricamente conductores a través de la precipitación de inmersión, ACS Apliced Engineering Materials (2025). Doi: 10.1021/acsaenm.4c00685
Proporcionado por la Universidad y Diseño de la Universidad de Singapur
Cita: el método de impresión 3D convierte los polímeros biodegradables en componentes electrónicos conductores (2025, 10 de julio) Recuperado el 10 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-3d-method-biodegradable-polymers-electronic.html
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