11/09/2015 - Avances en tecnología de impresión 3D para vidrio

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Investigadores del equipo de Laboratorio del Vidrio del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) acaban de desarrollar el primer prototipo de impresora 3D capaz de imprimir con vidrio fundido y fabricar así objetos ópticamente transparentes capa a capa, siguiendo unas instrucciones digitales.

Hasta ahora ya era posible utilizar pequeños gránulos de vidrio en un lecho de polvos con técnicas convencionales de la impresión 3D como procesos de chorro o sinterización, pero los productos creados eran opacos. Con este nuevo avance, se incrementa el tipo de materiales que pueden emplearse como tinta en las impresoras 3D, al incorporar el del vidrio transparente.

Impresión a temperaturas elevadas

El aspecto más desafiante de la impresión de vidrio es que debe ocurrir a temperaturas extremadamente altas. Para que el material fluya lo suficientemente rápido como para pasar por la boquilla, el material debe mantenerse a una temperatura por encima de los mil grados centígrados.

Estas exigencias térmicas del propio material obligan a que la impresora necesite de distintos sistemas de calefacción para cada fase del proceso de fabricación. La tinta de vidrio fundido se almacena en un crisol encima de la boquilla, donde unas serpentinas de calentamiento mantienen la temperatura deseada. El vidrio fluye desde el crisol hasta una boquilla especial, donde otras serpentinas de calentamiento lo mantienen a suficiente temperatura para que fluya y no se pegue al interior de la boquilla.

Finalmente, los objetos se fabrican dentro de una tercera cámara de calentamiento, que se mantiene justo por encima de la temperatura a la que se solidifica el vidrio. Esto permite que los objetos impresos se enfríen de forma gradual y controlada para evitar su rotura o fragmentación.

Selección de la boquilla de impresión

Según Peter Houk, el director del Laboratorio de Vidrio de MIT, encontrar una boquilla adecuada para la impresión de vidrio fue una tarea difícil. Para que funcione, debe estar hecha de un material que además de aguantar las altas temperaturas, evite que el vidrio se pegue a él.

"A estas temperaturas elevadas casi todo quiere pegarse al vidrio", dice Houk. Las boquillas de platino se emplean en algunas industrias para los procesos de fabricación con vidrio, pero resultan muy caras. En su lugar, el grupo se decidió por una boquilla especializada hecha de óxido de aluminio.

La máquina imprime vidrio sódio-cálcico, una familia de vidrios utilizada para la fabricación de diferentes tipos de objetos cotidianos, desde simples vasos hasta vidrios para ventanas. Pero vidrios como el Pyrex, en principio, se podrían imprimir también mediante este nuevo método, aunque a temperaturas aún más elevadas.

Houk, junto con su equipo técnico, trabaja también en ampliar el conocimiento que se tiene de las características mecánicas y ópticas de los objetos impresos por este método 3D, y en paralelo tratar de conocer cuales son las limitaciones de diseño que impone la propia impresora, incluidos los ángulos a los que es posible imprimir y mantener la integridad estructural, y el radio de giro del aparato impresor motorizado.

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