Las impresión en de objetos planos que después se pliegan solos como si fueran figuras de papiroflexia crean formas 3D de forma rápida, barata y eficaz

La impresión en 3D de objetos complejos suele llevar mucho tiempo debido a que el proceso de impresión requiere necesariamente la colocación de un gran número de capas 2D para construir el objeto. El proceso suele desperdiciar mucho material necesario para soportar el objeto inacabado.

Existen algunas formas novedosas de hacer que los materiales planos se autoplieguen en formas tridimensionales, pero tienen deficiencias. Por primera vez, unos investigadores de la Universidad de Tokio han combinado la impresión 2D, la papiroflexia y la química para crear un método de fabricación rápida de objetos 3D sin desperdiciar material. Estas formas se autopliegan en segundos.

DE LA IMPRESIÓN 3D A LA IMPRESIÓN 4D

Desde hace algún tiempo, la impresión 3D se utiliza para crear prototipos de productos y ahora se emplea cada vez más en la fabricación de artículos comerciales, incluso piezas para motores a reacción. Pero todos los métodos de fabricación 3D tienen limitaciones, como el largo tiempo que se tarda en completar las impresiones o el desperdicio de materiales vestigiales en la impresión.

La impresión 4D es un concepto que pretende mitigar estos problemas utilizando una cantidad mínima de materiales, seleccionados por tener ciertas propiedades especiales, que les permiten autoplegarse en formas 3D complejas en las condiciones adecuadas. Se denomina impresión 4D, ya que el proceso de autoplegado necesariamente hace uso del tiempo, que a menudo se dice que es la cuarta dimensión. Irónicamente, un nuevo método de impresión rápida en 4D comienza en el ámbito 2D.

«Mi equipo y yo descubrimos cómo utilizar herramientas y materiales accesibles para crear objetos autoplegables en 4D», explica el profesor adjunto del proyecto Koya Narumi, del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Sistemas de Información de la Universidad de Tokio. «Básicamente, estamos creando láminas planas con patrones de origami en ellas, y estos patrones pueden ser complejos y llevar horas de trabajo incluso a un experto artista del origami. Pero gracias a nuestro proceso especial, se puede verter agua caliente sobre estas láminas planas y ver cómo se transforman en complejas formas tridimensionales en cuestión de segundos.»

La técnica utiliza un tipo especial de impresora de chorro de tinta fabricada para imprimir con materiales reactivos a los rayos UV; aunque la máquina en sí puede costar decenas de miles de dólares, a menudo se encuentran en comunidades de creadores y talleres compartidos. Esta impresora imprime un diseño de origami 2D en ambas caras de una lámina de plástico que se encoge con el calor. La tinta que utiliza no se encoge y puede permanecer flexible cuando se seca. Como la lámina base se encoge al calentarse y la tinta resiste el encogimiento, al dejar huecos entre las secciones de tinta de un lado y otro, el diseñador puede controlar por dónde se dobla una determinada sección de la lámina. Se utiliza agua caliente para aplicar calor sobre la lámina plana de modo que se pliegue espontáneamente en una intrincada construcción de origami.

MÁS RÁPIDO Y MÁS BARATO

«Nuestro mayor reto fue perfeccionar las opciones de hardware y materiales, lo que nos llevó más de un año», explica Narumi. «Pero todas las pruebas y errores han merecido la pena; en comparación con investigaciones anteriores sobre esta misma idea básica, hemos mejorado la resolución de salida en 1.200 veces, lo que significa que los diseños que podemos crear no son meras novedades, sino que pueden utilizarse para aplicaciones reales. En el futuro, podríamos explorar materiales funcionales, como tintas conductoras o magnéticas, que permitieran crear máquinas y otros dispositivos funcionales».

Narumi y su equipo esperan que esta innovación pueda encontrar aplicación en diversos campos, como la moda, donde el desperdicio de material suele ser elevado, sobre todo en ámbitos donde se buscan diseños a medida. Pero dado que las formas preplegadas son totalmente planas, también puede ser útil en cualquier situación en la que haya problemas logísticos o de almacenamiento. Los diseños impresos podrían incluso enviarse por correo, y el destinatario podría calentarlos para convertirlos en lo que ha pedido. Incluso podría ser útil en el ámbito de la recuperación en caso de catástrofe, donde se necesitan ciertos artículos, posiblemente médicos, pero a menudo son difíciles de transportar, y resulta mucho más fácil cuando los artículos necesarios son esencialmente planos.