Nuevos tipos de silicona para impresión 3D y sus posibles aplicaciones

A través de objetos cotidinanos con funciones tan diversas como son las lentes de contacto, las juntas de los motores o los recipientes para repostería, las siliconas han demostrado ser un grupo de polímeros más que versátiles. Por eso, no nos sorprende nada saber que cada vez más investigadores, empresas y universidades están tratando de resolver todos los inconvenientes que aún existen para crear distintos tipos de silicona imprimibles en 3D.

¿Por qué este interés creciente por la silicona imprimible en 3D?

El poli-siloxano, más conocido como silicona, es un material con baja conductividad térmica, baja toxicidad, alta permeabilidad al gas, y alta resistencia. Estos atributos hacen que este material sea útil en todo tipo de aplicaciones. Pero al tratarse de un polímero termoestable, la silicona resulta ser uno de los materiales más difíciles de imprimir en 3D, ya que no se derrite rápidamente.

Actualmente la mayoría de las piezas fabricadas con este material se moldean mediante métodos tradicionales, lo que puede llevar días o incluso semanas durante todo el proceso. Esto, sin duda, resulta un gran problema si lo que deseamos es crear con cierta rapidez piezas personalizadas que se adapten a un paciente en particular, como ocurre en el campo de la medicina.

Encontrar un método de fabricación de piezas en silicona a través de la impresión 3D daría como resultado una de las soluciones más rápida y económica para este tipo de necesidades. Además, podría resolver algunas de las complicaciones que se dan en piezas extremadamente pequeñas y complejas, como ocurre actualmente con los tubos de drenaje o con válvulas sensibles a la presión.

Por todas estas razones, son varios los centros tecnológicos y las universidades que están inmersos en la investigación y desarrollo de este nuevo material imprimible. Vamos a hacer un breve repaso de aquellos que hemos considerado más relevantes por los resultados obtenidos.

Últimas investigaciones sobre los distintos tipos de silicona compatibles con impresión 3D

En primer lugar, tal y como ya adelantamos hace unos meses, en California podemos encontrar a ALT, una de las pocas empresas que han desarrollado un proceso completo de impresión 3D de silicona.

Recientemente han creado una técnica para la impresión en 3D de múltiples materiales a base de silicona en un solo ciclo de impresión y, según la compañía, el proceso podría ser utilizado para crear piezas de automóviles, dispositivos médicos, y mucho más.

A pesar de los obstáculos existentes, ALT ha desarrollado una tecnología efectiva para la impresión de múltiples tipos de silicona con viscosidades variables, colores y niveles de dureza Shore, abriendo así nuevas posibilidades en multitud de campos para los usuarios de impresoras 3D. Tal como señala el CEO de ALT, el doctor Jonathon Barton: “La deposición simultánea de una amplia gama de materiales es un logro muy significativo”.

Para demostrar su nueva tecnología, ALT ha creado algunos modelos 3D impresos de secciones transversales de distintas partes del cuerpo humano. Estos modelos han sido fabricados íntegramente en las instalaciones de ALT, y contienen piel sintética, hueso, músculo, tejido adiposo, y además presenta algunos espacios vacíos que representan los vasos sanguíneos.

Aseguran que esta tecnología también se puede utilizar para otros usos como plantillas para calzado, piezas de automóviles, sellos, juntas, aparatos auditivos, sensores y difrentes adhesivos.

De acuerdo con ALT, esta tecnología podría permitir además producir productos con silicona a un costo mucho más bajo que los requeridos en los procesos de producción de silicona tradicionales.

Por otro lado, investigadores de la Universidad de Florida han dado a conocer, tan sólo hace unas semanas, un nuevo proceso de impresión 3D de silicona para dispositivos médicos. En un artículo publicado en la revista Advances Science, los investigadores han demostrado la posibilidad de imprimir una amplia variedad de estructuras de elastómero de silicona con elevadas exigencias de tamaño, complejidad y materiales.

Un ejemplo es la impresión de un implante de modelo de tráquea con un espesor de pared de 400 micras. Pero también han podido desarrollar catéteres blandos para drenar fluidos corporales, bandas implantables, globos, eslingas y mallas.

“Nuestro nuevo material proporciona un enorme apoyo a la silicona líquida, debido a que la fabricación aditiva nos permite crear estructuras mucho más complejas e incluso piezas encapsuladas de elastómero de silicona” -señala Christopher O’Bryan, autor principal del artículo.

De acuerdo con O’Bryan y su equipo, estos dispositivos médicos de silicona impresos en 3D son mucho más baratos de producir, incluso a pesar de cualquiera que sea su forma o complejidad, tal y como afirma también el equipo de ALT. Sin embargo, este proceso de elaboración es algo diferente.

Mediante un sistema de microgel a base de aceite, sus resultados demuestran la capacidad de estos microgeles para cumplir con los requisitos de fabricación.

Como ocurre con frecuencia en el campo de la investigación, estos dispositivos médicos impresos en 3D en realidad pretendieton fabricarse como un subproducto de un proyecto de investigación totalmente diferente: el intento de hacer órganos y tejidos impresos en 3D. Durante el proyecto de bioimpresión original, los investigadores de Florida encontraron una manera de imprimir materiales blandos utilizando partículas de hidrogel microscópicas.

Estos materiales de gel granulares eran a base de agua, por lo que no eran compatibles con tintas “oleosas”, en las que se basan los distintos tipos de silicona.

Frente a este problema, los investigadores trataron de crear versiones oleosas de los microgeles. Y así, tal y como afirman, es como han logrado ser capaces de lograr excelentes piezas impresas en silicona mediante la fabricación aditiva.

Además, esperan que este trabajo permita a otros investigadores estudiar la enorme diversidad de posibilidades de los microgeles orgánicos, para nuevas aplicaciones tecnológicas, incluyendo la mejora de los métodos de fabricación de la materia blanda.

Por último, encontramos a un equipo de investigación recién incorporado al desarrollo de tecnologías de impresión en silicona, en el seno de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, donde han desarrollado un método de impresión 3D que imprime con una tinta pegajosa elaborada simultáneamente por formas líquidas y sólidas de silicona.

Para entenderlo mejor, podríamos decir que su técnica imita en cierto modo al efecto que logra el agua mezclada con las partículas de arena en los castillos que hacemos en la playa.

El equipo liderado por Orlin Velev, Profesor de Ingeniería Química y Biomolecular, ha demostrado que, en un medio acuoso, la silicona líquida se puede utilizar para formar puentes entre pequeñas perlas de silicona gomosa.

La pasta resultante puede ser impresa en 3D en multitud de entornos, incluso bajo el agua.

Dado que la técnica se puede utilizar tanto en ambientes secos o húmedos, los investigadores creen que podría ser utilizado en tejido vivo. Así, contemplan una amplia serie de aplicaciones biomédicas, tales como vendaje blando impreso en 3D que podría aplicarse directamente sobre el cuerpo humano, así como nuevas posibilidades y usos en el desarrollo de los robots blandos.

«Hay un gran interés en la impresión 3D de silicona gomosa. El reto es que generalmente se necesita calentar rápidamente el material o usar química especial para curarlo, lo cual puede ser técnicamente complejo» -dijo Velev.

La diferencia de este método de impresión con los empleados para otros tipos de silicona, es que no requiere aplicación de calor ni tampoco alguna química especial, motivo por el cual los investigadores creen que hace que la técnica sea altamente deseable.

Dicho método, según afirman, utiliza un material tan sencillo de extruir que incluso se podría colocar en otro tipo de impresora 3D para prototipar directamente estructuras porosas y flexibles, incluso bajo el agua.

La impresión se realiza con un sistema multifásico que consta tan sólo de dos materiales, por lo que no precisa de ninguna química especial ni tampoco una maquinaria específica que haría el proceso mucho más caro. Los investigadores atribuyen esta facilidad de uso a las formas duales de silicona utilizadas en el proceso.

El ‘truco’, dicen, es que tanto las perlas como el líquido que las une son siliconas, lo que resulta en un material muy cohesivo, estirable y maleable.

El trabajo de investigación del equipo, fue publicado hace unos días en Advanced Materials.

No hay duda de que estas recientes investigaciones amplían las posibilidades de nuevas e interesantes soluciones dentro del campo cada vez más amplio de implantación de la impresión 3D en el ámbito médico, uno de los ámbitos a los que llevamos tiempo prestando especial atención.