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Montañas y valles en una hoja de papel

A pesar de lo liso que pueda parecer al tacto humano una hoja de papel cuché o satinado, en realidad tiene una orografía tan irregular como la península ibérica. Combinando varias tecnologías de escáner, un grupo de investigadores ha conseguido una imagen en 3D de una hoja de papel y cómo se distribuye el tóner por toda su superficie. Creen que su investigación ayudará a comprender mejor la compleja relación entre tinta y sustrato. y obtener tintas y papeles mejores, y más ecológicos.

El papel cuché es el preferido de los impresores cuando lo que importa es el color. A diferencia del normal (ófset o bond), aquél lleva un recubrimiento que fija e impide que la tinta se corra, reproduciendo los colores en toda su viveza. En parte, esto se debe a que, al recubrir el sustrato, la superficie queda más alisada para el ojo humano. Pero, en realidad, ese papel está lleno de montañas y valles.

Investigadores finlandeses han combinado tres sofisticadas técnicas de escaneo para generar una imagen en 3D de una finísima hoja de papel. Gracias a una micro tomografía por rayos X, captaron toda la orografía del papel. Con la técnica de la perfilometría óptica, midieron la distribución del tóner por todo el sustrato y, por último, con un láser, pudieron saber el grosor de la capa de tinta en cada punto. El resultado es la imagen que encabeza esta noticia.

La imagen en 3D del papel muestra muchos picos y valles y pocas mesetas. Como es lógico, en los primeros, la cantidad de tóner que se acumula es menor que la que cae en los valles. Los investigadores, que han publicado sus resultados en Journal of Applied Physics, estimaron que el grosor medio de la capa de tóner es de 2,5 micras (una micra es la milésima parte de un milímetro). Eso supone que la ratio con el grosor del papel es de 1 a 40. Sin embargo, como demuestra la imagen, hay grandes diferencias espaciales entre las zonas más finas y las más gruesas.

El grosor medio del tóner es de 2,5 micras y supone un 1/40 del alto de la hoja de papel

«Creemos que esto ofrece una nueva perspectiva, en especial sobre cómo la topografía del papel afecta la distribución de la tinta y su fijación», dice en una nota el investigador en física aplicada de la Universidad de Jyvaskyla (Finlandia) y coautor de la investigación, Markko Myllys. Además, añade, «nos ayuda a comprender cómo deben hacerse las superficies de impresión satinadas o no satinadas».

Los autores de este trabajo creen que podría ayudar a la industria tanto a crear un papel menos irregular como tintas cuyas partículas se adapten mejor a su orografía. Aseguran además que este enfoque puede aplicarse a otros materiales como los revestimientos que se usan en la electrónica o los paneles solares.

Crean una impresora 3D casi tan rápida como las de tinta y papel

La revolución de las impresoras 3D estaba siendo demasiado lenta. Para crear una simple figurita se necesitan horas y hasta días si es algo más grande. Sin embargo, un nuevo método que combina resinas líquidas, luz ultravioleta y oxígeno consigue obtener objetos 100 veces más rápido. Es el gran paso que le faltaba a la democratización de la fabricación en masa y su promesa del háztelo tu mismo.

La impresión 3D es muy parecida a la pastelería. Los pasteleros crean capa a capa la tarta, que toma consistencia una vez que se enfría. Con las impresoras 3D hay dos grandes tecnologías para hacer las tartas. En una, el modelado por deposición fundida (FDM, por sus siglas en inglés), la impresora calienta el rollo de material y con una especie de manga pastelera crea el objeto. Un chorro de aire enfría el filamento para que solidifique. La estereolitografía, sin embargo, usa resinas líquidas que, al ser expuestas a la luz ultravioleta, se solidifican como si fuera una plancha de caramelizar. La FDM es más sencilla y asequible, pero muy lenta y con peor resolución. La estereolitografía ofrece mejores resultados, pero la operación con las resinas es muy compleja.

«La fabricación por adición tiene el potencial de transformar la complejidad con la que se fabrican objetos funcionales, pero la impresión 3D convencional los fabrica usando un enfoque por etapas, capa a capa, que lleva mucho tiempo», dice el químico de la Universidad de Carolina del Norte (EE UU) y creador de la nueva impresora CLIP, Joseph DeSimone. Para este experto en ciencia de polímeros, existe una gran distancia entre la velocidad en el diseño industrial o prototipado rápido y la velocidad en la fabricación que obstaculizan «la capacidad de la impresión 3D de ir más allá de las fases de diseño y realización de prototipos de un producto».

La estereolitografía usa resinas líquidas sensibles a la luz ultravioleta, que las solidifica

Lo que ha conseguido DeSimone y su equipo ha sido simplificar la estereolitografía, acelerando la velocidad de impresión y sin, por ello, afectar a la calidad de los objetos impresos. Su impresora CLIP (Interfaz de Producción Líquida Continua, por sus siglas en inglés), les permite controlar el proceso por el que las moléculas de la resina líquida se solidifican creando estructuras complejas en un proceso llamado polimerización.

Tal y como explican en la revista Science, donde su creación ocupa la portada de esta semana, en vez de usar un sistema mecánico, los creadores de CLIP juegan con el láser ultravioleta que inicia la reacción química de solidificación y el oxígeno, que la detiene. Su gran aportación es una especie de cristal que, como unas lentillas, les permite ajustar el paso de la luz y del oxígeno. De esta manera, consiguen una impresión continua que da a los objetos un acabado perfecto en su forma y sin fracturas en el interior.

Pero lo mejor de CLIP es su velocidad de impresión. Hasta ahora, la impresión vertical podía imprimir unos cuantos milímetros a la hora. Aunque las capas de material superpuesto tienen un grosor de entre 50 y 100 micras (una micra es la millonésima parte de un metro), había que imprimir cada capa, dejar que solidificara y volver a por otra capa. La nueva impresora eleva el objeto del recipiente con la resina a un ritmo de 500 milímetros a la hora, es decir, hasta 100 veces más rápido.

La impresora CLIP consigue prótesis dentales con la calidad y resistencia de las de la industria. / Carbon3D, Inc

Durante la presentación de CLIP en las charlas TED, DeSimone mostró algunos ejemplos de lo que puede hacer su impresora en unos minutos. Desde una Torre Eiffel de recuerdo, hasta micro agujas para la administración de medicamentos, pasando por prótesis dentales o stent coronarios, una especie de endoprótesis para el corazón.

«Si la impresión 3D quería salir del nicho de los prototipos en el que ha estado atrapada durante décadas, teníamos que encontrar un tecnología disruptiva que afrontara el problema desde una nueva perspectiva y abordara las debilidades fundamentales de las impresoras 3D», comenta Jim Goetz, uno de los socios de Sequoia, una compañía de inversión que pone su dinero en las tecnologías más rompedoras y prometedoras. «Cuando conocimos a Joe [por Joseph DeSimone] y vimos lo que su equipo había inventado, tuvimos claro al instante que la que la impresión 3D ya nunca sería la misma».

«Cuando vimos lo que habían inventado, tuvimos claro que la que la impresión 3D ya nunca sería la misma», dice un inversor

CLIP ha demostrado su valía imprimiendo plásticos, cerámicas y materiales orgánicos, pero debería funcionar bien con todo material basado en polímeros. Para comercializar su tecnología, DeSimone y parte de su equipo investigador han creado, junto a inversores como Goetz la empresa Carbon3D.

«Es un gran comienzo, la revolución está ahí», opina el director de investigación de BQ, Juan González. Esta es una de las pocas empresas españolas que fabrica impresoras 3D del tipo FDM y que está investigando con las de resinas. «El tiempo puede dar igual en el uso doméstico, pero en la empresa es un factor clave», añade. Pero no se trata solo de que se reduzca el tiempo de impresión, sino que el acabado en un proceso continuo como el de CLIP es muy superior.

La inyección por molde que se usa en la producción industrial aún tiene años de vida, pero con avances como este, González cree que está más cerca «el objetivo de conseguir la producción masiva del molde pero con la capacidad de personalizarla de la impresión 3D».

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Documento: ‘Continuous liquid interface production of 3D objects’