Los investigadores han desarrollado una resina que se convierte en dos tipos diferentes de sólidos, dependiendo del tipo de luz que brilla en ella: la luz ultravioleta cura la resina en un sólido altamente resistente, mientras que la luz visible convierte la misma resina en un sólido que se puede disolver fácilmente en ciertos solventes. Créditos: Crédito: cortesía de los investigadores; MIT News
Los audífonos, los protectores bucales, los implantes dentales y otras estructuras altamente personalizadas son a menudo productos de la impresión 3D. Estas estructuras se realizan típicamente mediante fotopolimerización del IVA, una forma de impresión 3D que utiliza patrones de luz para dar forma y solidificar una resina, una capa a la vez.
El proceso también implica la impresión de soportes estructurales del mismo material para mantener el producto en su lugar mientras está impreso. Una vez que un producto se forma completamente, los soportes se eliminan manualmente y generalmente se arrojan como desechos inutilizables.
Los ingenieros del MIT han encontrado una manera de evitar este último paso de acabado, de una manera que podría acelerar significativamente el proceso de impresión 3D. Desarrollaron una resina que se convierte en dos tipos diferentes de sólidos, dependiendo del tipo de luz que brilla en ella: la luz ultravioleta cura la resina en un sólido altamente resistente, mientras que la luz visible convierte la misma resina en un sólido que se puede disolver fácilmente en ciertos solventes.
El equipo expuso la nueva resina simultáneamente a patrones de luz UV para formar una estructura resistente, así como patrones de luz visible para formar los soportes de la estructura. En lugar de tener que separar cuidadosamente los soportes, simplemente sumergieron el material impreso en una solución que disuelve los soportes, revelando la parte resistente y impresa por UV.
Los soportes pueden disolverse en una variedad de soluciones seguras de alimentos, incluida el aceite de bebé. Curiosamente, los soportes podrían incluso disolverse en el ingrediente líquido principal de la resina original, como un cubo de hielo en el agua.
Esto significa que el material utilizado para imprimir soportes estructurales podría reciclarse continuamente: una vez que el material de soporte de una estructura impresa se disuelve, esa mezcla se puede combinar directamente en resina fresca y usarse para imprimir el siguiente conjunto de piezas, junto con sus soportes disueltos.
Los investigadores aplicaron el nuevo método para imprimir estructuras complejas, incluidos los trenes de engranajes funcionales y las intrincadas redes.
“Ahora puede imprimir, en una sola impresión, Multipart, conjuntos funcionales con piezas móviles o entrelazadas, y básicamente puede lavar los soportes”, dice el estudiante graduado Nicholas Diaco. “En lugar de tirar este material, puede reciclarlo en el sitio y generar muchos menos desechos. Esa es la esperanza final”.
Él y sus colegas informan los detalles del nuevo método en un artículo que aparece en tecnologías avanzadas de materiales. Los coautores del estudio del MIT incluyen a Carl Thrasher, Max Hughes, Kevin Zhou, Michael Duro, Saechow Yap, el profesor Robert Macfarlane y el profesor A. John Hart, jefe del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.
Pequeños engranajes impresos en 3D que usan su nueva resina, muévete como engranajes típicos de otro material. Crédito: cortesía de los investigadores; MIT News
Eliminación de desechos
La fotopolimerización convencional del IVA (VP) comienza con un modelo de computadora 3D de una estructura a imprimir, por ejemplo, de dos engranajes entrelazados. Junto con los engranajes mismos, el modelo incluye pequeñas estructuras de soporte alrededor, debajo y entre los engranajes para mantener cada característica en su lugar a medida que se imprime la pieza. Este modelo de computadora se corta en muchas capas digitales que se envían a una impresora VP para su impresión.
Una impresora VP estándar incluye un pequeño IVA de resina líquida que se encuentra sobre una fuente de luz. Cada porción del modelo se traduce en un patrón de luz coincidente que se proyecta en la resina líquida, que se solidifica en el mismo patrón. Capa por capa, una versión sólida y impresa de luz de los engranajes del modelo y admite formularios en la plataforma de compilación.
Cuando se termina la impresión, la plataforma levanta la parte completa sobre el baño de resina. Una vez que se elimina el exceso de resina, una persona puede entrar a mano para eliminar los soportes intermediarios, generalmente recortando y archivando, y el material de soporte finalmente se tira.
“En su mayor parte, estos soportes terminan generando muchos desechos”, dice Diaco.
Los investigadores aplicaron el nuevo método para imprimir estructuras complejas, incluidos trenes de engranajes funcionales, redes intrincadas y un implante dental. Crédito: Nicholas Diaco, Carl Thrasher, Max Hughes, Kevin Zhou, Michael Duro, Saechow Yap, Robert Macfarlane y A. John Hart
Impresión y inmersión
Diaca y el equipo buscaron una manera de simplificar y acelerar la eliminación de los soportes impresos e, idealmente, reciclarlos en el proceso. Se les ocurrió un concepto general para una resina que, dependiendo del tipo de luz a la que esté expuesto, puede tomar una de las dos fases: una fase resistente que formaría la estructura 3D deseada y una fase secundaria que funcionaría como un material de soporte, pero también se disolvería fácilmente.
Después de resolver algo de química, el equipo descubrió que podían hacer una resina de dos fases al mezclar dos monómeros disponibles comercialmente, los bloques de construcción químicos que se encuentran en muchos tipos de plástico. Cuando la luz ultravioleta brilla en la mezcla, los monómeros se unen en una red estrechamente interconectada, formando un sólido duro que resiste la disolución.
Cuando la misma mezcla está expuesta a la luz visible, los mismos monómeros aún se curan, pero a escala molecular los hilos de monómero resultantes permanecen separados entre sí. Este sólido puede disolver rápidamente cuando se coloca en ciertas soluciones.
En las pruebas de benchtop con pequeños viales de la nueva resina, los investigadores encontraron que el material se transformó en las formas insolubles y solubles en respuesta a la luz ultravioleta y visible, respectivamente. Pero cuando se mudaron a una impresora 3D con LED más atenuado que la configuración de Benchtop, el material curado por UV se desmoronó en solución. La luz más débil solo unía parcialmente los hilos de monómero, dejándolos demasiado enredados para mantener la estructura unida.
Diaca y sus colegas descubrieron que agregar una pequeña cantidad de un tercer monómero “puente” podría unir los dos monómeros originales bajo la luz UV, tejiéndolos en un marco mucho más resistente. Esta solución permitió a los investigadores imprimir simultáneamente estructuras 3D resistentes y soportes disueltos utilizando pulsos cronometrados de UV y luz visible en una corrida.
El equipo aplicó el nuevo método para imprimir una variedad de estructuras intrincadas, que incluyen engranajes entrelazados, redes intrincadas, una pelota dentro de un marco cuadrado y, para diversión, un pequeño dinosaurio encerrado en un soporte en forma de huevo que se disuelve cuando se sumergió en solución.
“Con todas estas estructuras, necesita una red de soportes por dentro y por fuera mientras imprime”, dice Diaco. “La eliminación de esos soportes normalmente requiere una eliminación manual cuidadosa. Esto muestra que podemos imprimir conjuntos multipartos con muchas piezas móviles y productos detallados y personalizados como audífonos e implantes dentales, de una manera rápida y sostenible”.
“Continuaremos estudiando los límites de este proceso, y queremos desarrollar resinas adicionales con este comportamiento selectivo de longitud de onda y propiedades mecánicas necesarias para productos duraderos”, dice el profesor de ingeniería mecánica John Hart. “Junto con el manejo automatizado de piezas y la reutilización de circuito cerrado de la resina disuelta, este es un camino emocionante hacia la impresión de polímero 3D de polímero eficiente y rentable de recursos a escala”.
Más información: Nicholas S. Diaca et al, fotopolimerización del IVA de doble longitud de onda con estructuras de soporte reciclables y disolvibles, tecnologías avanzadas de materiales (2025). Doi: 10.1002/admt.202500650
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/NewsOffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, la innovación y la enseñanza.
Cita: el método de impresión 3D guiado por la luz crea soportes reciclables para diseños complejos (2025, 4 de junio) Recuperado el 4 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-3d-method-cryclable-complex.html
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