¿Y si las impresoras 3D fueran 100 veces más rápidas?

Lo que pensamos como impresión 3D, dice Joseph DeSimone, es realmente solo impresión 2D una y otra vez... lentamente. En el escenario de TED2015, presenta una nueva técnica audaz —inspirado, sí, en Terminator 2— que es 25 a 100 veces más rápida y crea piezas ligeras y fuertes. ¿Podrá finalmente ayudar a cumplir la gran promesa de la impresión 3D?

Me ilusiona estar aquí esta noche
compartiendo algo

en lo que estamos trabajando
desde hace dos años,

algo del campo de la fabricación
por adición,

también conocida como impresión 3D.

Vean este objeto.

Parece bastante sencillo,
pero es muy complejo a la vez.

Es un conjunto de estructuras
geodésicas concéntricas

con conexiones entre cada una.

En su contexto, no se puede fabricar
con técnicas tradicionales de manufactura.

Tiene una simetría tal
que no se puede moldear por inyección.

No se puede fabricar por fresado.

Es un trabajo para una impresora 3D,

pero la mayoría de las impresoras 3D
gastarían de 3 a 10 horas fabricándolo.

Nosotros vamos a arriesgarnos
a fabricarlo en el escenario esta noche

durante esta charla de diez minutos.

Deséennos suerte.

La impresión 3D es, en realidad,
un nombre inapropiado.

Es, en realidad, impresión en 2D
una sobre otra,

y se usan, de hecho,
tecnologías asociadas con la impresión 2D.

Piensen en la impresión de inyección,

donde se pone tinta en un hoja
para hacer letras,

y luego se hace lo mismo una y otra vez
para construir un objeto tridimensional.

En microelectrónica se usa algo
llamado litografía para hacer lo mismo,

para hacer transistores
y circuitos integrados

y construir una estructura varias veces.

Esas son todas tecnologías
de impresión en 2D.

Ahora bien, soy químico
y científico de materiales,

y mis co-inventores
son también científicos de materiales,

químico el uno, físico el otro,

y nos empezamos a interesar
en la impresión 3D.

Es bien sabido que, muchas veces,

la ideas nuevas son simples conexiones
entre personas de comunidades diferentes

con experiencias diferentes,

y ese es nuestro caso.

Fuimos inspirados por la escena
del T-1000 de "Terminator 2",

que nos llevó a preguntamos,
¿por qué una impresora 3D

no podría operar de esta forma,
haciendo que un objeto emergiera

de un charco, en esencia, en tiempo real
y, esencialmente, con cero desperdicio

para hacer un objeto grande?

Si, exactamente como en la película.

¿Podríamos, inspirados en Hollywood,

encontrar formas de hacer
que esto realmente funcionara?

Y ese fue nuestro reto.

Nuestro enfoque sería,

si pudiéramos hacer esto,
podríamos, en lo fundamental,

resolver los tres problemas
que no dejan que la impresión 3D

se convierta en un proceso de manufactura.

Uno: la impresión 3D dura una eternidad.

Hay hongos que crecen más rápido
que las partes impresas en 3D.

(Risas)

El proceso, capa por capa, produce
defectos en las propiedades mecánicas,

y si pudiéramos proceder de forma continua
podríamos eliminar estos defectos.

Y si pudiéramos proceder más rápido,
podríamos, de hecho,

empezar a usar materiales de autocurado
y tener propiedades sorprendentes.

Si pudiéramos sacar esto adelante,
imitar a Hollywood,

podríamos, de hecho,
encarar la manufactura 3D.

Nuestro enfoque es
usar conocimientos estándar

de la química de polímeros
para aprovechar la luz y el oxígeno

en la fabricación continua de partes.

La luz y el oxígeno funcionan
de manera diferente.

La luz puede tomar una resina
y convertirla en un sólido,

puede convertir un líquido en sólido.

El oxígeno inhibe ese proceso.

Así que la luz y el oxígeno
están en polos opuestos

desde el punto de vista químico,

y si pudiéramos controlar en el espacio
la luz y el oxígeno,

podríamos controlar este proceso.

Nos referimos a esto como
Interfaz de Producción Líquida Continua,

CLIP, su sigla en inglés.

Tiene tres componentes funcionales.

Uno, un tanque que contiene el charco
como el del T-1000.

En el fondo del tanque
hay una ventana especial,

volveré a eso luego.

Tiene además, una plataforma
que descenderá dentro del charco

y sacará el objeto del líquido.

El tercer componente es un sistema
de proyección de luz digital

que va debajo del tanque
que ilumina con luz ultravioleta.

La clave es que esta ventana
en el fondo del tanque,

es un compuesto,
es una ventana muy especial.

No solo es transparente a la luz,
sino que es permeable al oxígeno.

Tiene características de lente
de contacto.

Así que podemos ver
cómo funciona el proceso.

Empiecen notando que si se hace
descender una plataforma allí

en un proceso tradicional,
con una ventana impermeable al oxígeno,

se hace un patrón de dos dimensiones

que termina pegándose en la ventana,
en el caso de una ventana tradicional,

y para colocar la siguiente capa,
se tiene que separar aquello,

poner más resina,
reposicionar las cosas

y hacer este proceso una y otra vez.

Pero con nuestra ventana especial,
somos capaces de hacer que

el oxígeno que pasa por el fondo
mientras la luz actúa,

inhiba la reacción
y se forme una zona muerta.

Esta zona muerta tiene unas
decenas de micras de espesor,

dos o tres veces el diámetro
de un glóbulo rojo,

justo en la ventana de la interfaz
que se conserva líquida,

y hacemos que se levante este objeto,

y como lo mencionamos
en un artículo en Science,

cambiando el contenido de oxígeno,
cambiamos el grosor de la zona muerta.

Y así tenemos una serie de variables
que podemos controlar:

el contenido de oxígeno, la luz,
la intensidad de la luz, la dosis a curar,

la viscosidad, la geometría,

y usamos software muy sofisticado
para controlar este proceso.

El resultado es realmente asombroso.

Es de 25 a 100 veces más rápido
que las impresoras 3D tradicionales,

lo cual es revolucionario.

Además, en cuanto a nuestra capacidad
para suministrarle líquido a la interfaz,

podemos ir 1000 veces más rápido,
creo.

Y esto nos da la oportunidad
de generar una gran cantidad de calor,

y como ingeniero químico,
me emociona la transferencia de calor

y la idea de que un día podamos
tener impresoras 3D enfriadas con agua,

por lo que van muy rápido.

Además, como estamos haciendo
que las cosas crezcan,

eliminamos las capas
y las partes son monolíticas.

No se ve la estructura de la superficie.

Se tienen superficies
molecularmente lisas.

La mayoría de partes que se hacen
en una impresora 3D, se reconocen

porque tienen propiedades mecánicas

que dependen de la orientación
con que se imprimieron,

debido a la estructura como de capas.

Pero cuando sacamos objetos de esta forma,

las propiedades no varían
con la dirección de impresión.

Parecen partes moldeadas por inyección,

lo cual es muy diferente
de la fabricación en 3D tradicional.

Además, estamos en capacidad de añadirle
todo el libro de química de polímeros,

y estamos en capacidad de diseñar químicas
que le den nacimiento a las propiedades

que hemos querido tener
en objetos impresos a 3D.

(Aplausos)

Ahí está.

Es grandioso.

(Aplausos)

Siempre se corre el riesgo de que algo así
no funcione en el escenario, ¿verdad?

Podemos tener materiales
con propiedades mecánicas geniales.

Por primera vez, podemos tener elastómeros
altamente elásticos

o que realmente amortigüen.

Por ejemplo, para el control de vibración
o para zapatillas especiales.

Podemos hacer materiales
que tengan una fuerza increíble,

de una alta relación resistencia-peso,
materiales realmente fuertes,

elastómeros realmente grandiosos.

Lancémosle esto al auditorio.

Materiales con propiedades
extraordinarias.

La oportunidad que se crea ahora es,
si en verdad se hacen partes

que tengan propiedades de acabado final

y se hacen a velocidades innovadoras,

la de poder transformar la manufactura.

Lo que sucede hoy día en la manufactura,
es el así llamado hilo digital.

En la manufactura digital,

se va del diseño asistido por computador,
CAD, su sigla en inglés,

a un prototipo y de este a la manufactura.

Con frecuencia, el hilo digital
se rompe en el prototipo

porque no se puede pasar a la fabricación,

pues la mayoría de las partes
no tienen propiedades de acabado final.

Ahora podemos conectar el hilo digital
hasta el final,

del diseño al prototipo
y del prototipo a la fabricación,

y esa oportunidad realmente
nos abre a toda suerte de cosas,

desde carros más eficientes
en el consumo de combustible,

por las propiedades
de la estructura reticular

con una alta relación peso-resistencia,

a nuevas hojas de turbinas,
toda clase de cosas maravillosas.

Piensen que llegan a necesitar un 'stent'
en una situación de emergencia,

y que en lugar de sacar uno estándar
del estante, el doctor toma uno

que está diseñado para Uds.,
para su anatomía y sus arterias,

impreso en una situación de emergencia
en tiempo real

con la propiedad de que puede desaparecer
a los 18 meses: revolucionario en verdad.

O la odontología digital
y la elaboración de esas estructuras

incluso mientras Uds.
están en la silla del odontólogo.

Miren las estructuras
que mis alumnos están haciendo

en la Universidad de Carolina del Norte.

Son estructuras sorprendentes
a micro-escala.

Ya Uds. saben lo buenos que somos
en el campo de la nanofrabricación.

La ley de Moore ha llevado las cosas
al orden de las 10 micras y menos todavía.

Somos realmente buenos en eso,

pero es realmente duro
hacer cosas entre 10 y 1000 micras,

la mesoescala.

Y las técnicas sustractivas
de la industria del silicón

no pueden hacer esto bien.

No pueden grabar obleas así de bien.

Pero este proceso es tan suave,

que podemos sacar estos objetos del fondo
usando la fabricación aditiva

y hacer cosas sorprendentes
en cuestión de segundos,

abriendo camino
a nuevas tecnologías de sensores,

nuevas técnicas para la administración
de drogas,

nuevas aplicaciones
de laboratorio-en-un-chip,

cosas realmente revolucionarias.

La posibilidad de hacer una parte
con propiedades de acabado final

en tiempo real,

realmente facilita la fabricación en 3D,

y para nosotros esto es muy excitante
porque significa tener posesión

de la intersección entre hardware,
software y ciencia molecular,

y no puedo esperar a ver
lo que diseñadores e ingenieros

alrededor del mundo van a poder hacer
con esta grandiosa herramienta.

Gracias por escuchar.

(Aplausos)