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Friday, September 29, 2017

Weekly Tip INAMAT: La impresión 3D como medio para universalizar la ciencia y la tecnología

Por Ismael Pellejero Alcázar

El mundo contemporáneo en el que vivimos se caracteriza por la rapidez con la que una idea, un nuevo producto, o un innovador desarrollo tecnológico llegan a cualquier parte del globo y puede ser asimilado rápidamente por los grupos de interés a los que está dirigido. Esto mismo pasó y sigue sucediendo con las tecnologías de fabricación por adicción, más popularmente conocidas como impresión 3D. Aunque el desarrollo de impresoras por adicción empezó en la década de los 80, no fue hasta final de la primera década del siglo XXI cuando surgieron los primeros modelos disponibles para uso general, y poco tiempo después, y gracias a los medios de comunicación de masas comenzó la moda del 3D. Solo hace falta hacer una búsqueda sencilla de las palabras clave “impresión 3D” en la hemeroteca para encontrarnos una avalancha de noticias de cómo sería el futuro y cómo este sería modelado gracias a esta nueva tecnología. Titulares de un lejano 2013 como “Las impresoras 3D llevan la fábrica a casa” o “La impresora 3D, fenómeno de masas” eran habituales; nos decían que cualquier persona en cualquier parte del mundo se podría fabricar en su casa cualquier elemento que necesitase, haciéndonos pensar, que los grandes centros de producción de bienes desaparecerían a favor de una fabricación localizada e individualizada. En la actualidad, estas ideas generalistas parecen estancadas, aunque no la esencia de las mismas; ya que gracias a las impresoras 3D sí que se ha conseguido llevar la fábrica al laboratorio, al estudio artístico o al taller y sí que han supuesto un fenómeno de masas en cuanto a que gracias a su bajo coste, sencillez y versatilidad cualquier centro tecnológico, universidad, instituto o gremio de cualquier parte del mundo puede llevar a cabo sus ideas, modelos o proyectos sin necesidad de grandes infraestructuras.

sala blanca de microfabricacion[Foto izquierda: Sala blanca de microfabricación (Zona de fotolitografía)] Gracias a las diversas variantes y técnicas de fabricación 3D como la estereolitografía o la impresión por fusión de filamento (entre las más conocidas y asequibles) y la infinidad de materiales disponibles (desde casi cualquier polímero, a vidrio, metal o incluso chocolate), la impresión 3D ha sido muy bien acogida en múltiples campos tecnológicos y artísticos. Uno de estos campos emergentes donde se está asistiendo a un desarrollo exponencial de estas técnicas es en el mundo de los microsistemas, microfluídica y las aplicaciones lab-on-a-chip (LOC). Las técnicas de microfabricación y miniaturización ligadas a las tecnologías del silicio permitieron a principios de los 1990s y hasta la actualidad el desarrollo de la microfluídica y de los microsistemas que en un solo chip incluyen procesos que solamente se hacían a nivel de laboratorio, surgiendo así el término lab-on-a-chip. Estas técnicas estándares de microfabricación requieren de costoso equipamiento (salas blancas, sistemas de fotolitografía, etc.) y de personal de alta cualificación, por lo que son de difícil acceso a grupos de investigación que no cuenten en su institución con las instalaciones necesarias y el personal con el suficiente “saber hacer” que se requiere para cualquier buen resultado. Es en este punto donde la impresión 3D puede ayudar a acortar esa brecha que a veces existe entre diferentes centros científicos tecnológicos que poseen o tienen fácil acceso a una instalación de microfabricación potente y los que no, y que finalmente, a grandes rasgos, puede marcar una gran diferencia sobre el impacto de la investigación que se lleva a cabo en unos y otros.

Impresora 3D[Foto izquierda: Impresora 3D de fusión de filamento y montaje manual] A las tecnologías de impresión 3D les falta todavía que mejorar en propiedades importantes como es la resolución de fabricación y la reproducibilidad, que en ese sentido dista bastante todavía de las técnicas estándares de microfabricación. Por otro lado tienen otros muchos puntos positivos, entre los que destacan la versatilidad de materiales y métodos, y sobre todo la disponibilidad y “sencillez” de uso. Otra ventaja inherente a lo anterior, es que este tipo de técnicas son muy útiles a la hora de expandir el concepto do-it-yourself “Hazlo tú mismo/a” ya que permiten que una sola persona pueda llevar a cabo todo el proceso de fabricación o creación de principio a fin; desde la concepción inicial del modelo en CAD (diseño asistido por computadora), pasando por la elección de los materiales y acabando por los proceso finales que den lugar al prototipo o pieza funcional acabada. Con las técnicas estándares de microfabricación llevar el control de todo es proceso es más difícil, ya que se requiere un alto nivel de experiencia y de saber hacer para poder desarrollar la mayoría de las tareas involucradas.

Fabricación asistida[Foto izquierda: Fabricación asistida por impresión 3D de microrreactores en polímero transparente] En el Instituto de Materiales Avanzados de la UPNA (InaMat) estamos trabajando en desarrollar microrreactores para aplicaciones fotocatalíticas utilizando la impresión 3D como herramienta de fabricación o directamente imprimidos en 3D. En la imagen se muestra un esquema de fabricación de microfluídica sencillo y al alcance de cualquier grupo de investigación basado en la impresión 3D de del modelo deseado y el posterior replicado en un polímero transparente. La versatilidad e inmediatez que ofrece la impresión 3D a la hora de realizar prototipos, cambios en dimensiones y diseño o elección de materiales compensa la menor precisión y acabado que se obtiene. Además, sin olvidar la vocación de divulgación de la ciencia que tenemos al ser un instituto universitario, estas técnicas son claramente más formativas de cara al alumnado. El poder fabricar y probar un reactor o un chip es más didáctico que solamente el probar algo que previamente ha sido adquirido. Desde el punto de vista del diseño de reacciones químicas, en los pasos que transcurren desde la concepción inicial del diseño de reactor, la fabricación y la prueba final, el alumnado puede adquirir muchas habilidades y conocimientos que son difíciles de transmitir durante una clase magistral o en unas prácticas de laboratorio.

Como conclusión se podría decir que conforme vayan avanzando las diferentes técnicas de impresión 3D y se vayan asentando en otros ámbitos de producción, al igual que poco a poco se están implantando en la microfabricación y microfluídica, todo el mundo ira incorporándose al llamado movimiento maker. Al final, las predicciones de ese lejano 2013 puede que se cumplan.

Lecturas de interés:

.- 3D-printed microfluidic devices. Biofabrication 2016, 8, 022001

.- 3D printing: an emerging tool for novel microfluidics and lab-on-a-chip applications. Microfluidics and Nanofluidics 2016, 20:50

.- 3D printed microfluidic devices: enablers and barriers. Lab on a Chip 2016, 16, 1993–2013

.- Custom 3D printer and resin for 18 µm × 20 µm microfluidic flow channels. Lab on a Chip 2017, 17, 2899-2909



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