Impresión 3D a microescala: toda una ingeniería en metales

La impresión 3D a microescala puede producir piezas y componentes diminutos en formas que no son posibles con la fabricación tradicional, más rápido y a costos mucho más bajos.

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A nivel industrial, la fabricación de objetos tridimensionales en una escala de micrómetros es más común y necesaria de lo que parece. Hablamos de rangos no superiores a 100 micrómetros (μm) y de niveles microscópicos altamente detallados y personalizables.

De ello se encarga la impresión 3D a microescala, un proceso que, a diferencia de la fabricación aditiva convencional, ofrece nuevas posibilidades de miniaturización, gran precisión, control y complejidad en una amplia gama de aplicaciones.

Actualmente, los beneficios de la implementación de tecnologías de impresión 3D a microescala son lo suficientemente evidentes para consolidar toda una industria a propósito de ello. Desde la capacidad de crear estructuras complejas sin restricciones geométricas en un mercado donde las características intrincadas y las formas complejas son comunes, hasta la producción automatizada, especialmente beneficiosa para la fabricación de piezas miniatura, donde la precisión y la repetibilidad son cruciales.

Asimismo, el auge de esta técnica de fabricación ha derivado en la producción en masa con velocidades sorprendentes, abriendo nuevas posibilidades de aplicación en campos como la medicina, la electrónica, la fabricación de dispositivos microelectromecánicos (MEMS) y, en general, en toda industria que requiera tolerancias estrictas y características detalladas que no pueden ser logradas por métodos de fabricación tradicionales.

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3 aplicaciones destacadas de la microimpresión 3D en metales

• Prototipos funcionales de metal

En la fabricación a microescala, la creación de prototipos funcionales es esencial para validar diseños antes de la producción en masa. La impresión 3D en metal permite producir prototipos precisos y detallados sin necesidad de herramientas adicionales, lo cual acelera el ciclo de desarrollo y reduce los costos asociados a la creación de herramientas específicas para prototipos.

Esto ha tenido un gran impacto en la fabricación electrónica, donde los ingenieros pueden utilizar la impresión 3D para crear prototipos de dispositivos MEMS o componentes electrónicos miniaturizados, permitiendo iterar rápidamente en el diseño y probar la funcionalidad antes de la producción final. Tal es el caso de Nanoscribe, una compañía que utiliza la impresión 3D mediante polimerización de dos fotones para fabricar sistemas MEMS con una precisión micrométrica excepcional.

Esta tecnología posibilita la creación de MEMS complejos y precisos, esenciales para sensores, actuadores y micromáquinas avanzadas. Además, la posibilidad de aplicar recubrimientos metálicos amplía las funcionalidades de estos sistemas, permitiendo el desarrollo de microrobots y dispositivos miniaturizados con avanzadas capacidades de control y respuesta. Esto se traduce en micromáquinas y sensores con un rendimiento superior, mayor precisión y eficiencia, cruciales para aplicaciones en biomedicina, robótica y tecnología de comunicación avanzada.

• Herramientas personalizadas

La fabricación de herramientas personalizadas es costosa y lenta con métodos tradicionales. La impresión 3D en metales a microescala ofrece una solución económica y rápida para producir herramientas especializadas en pequeñas cantidades, como moldes para microinyección de plásticos o herramientas para ensamblaje de componentes electrónicos.

A saber, la capacidad de producir de manera eficiente y rentable dispositivos complejos ha sido altamente aprovechada por la industria médica, incluida la ingeniería de tejidos, en la que se destacan aplicaciones como las carillas dentales ultrafinas o los parches de microagujas para la distribución de vacunas.

De hecho, hace unos años, en septiembre de 2021, científicos de Stanford y de la Universidad de Carolina del Norte desarrollaron un parche de microagujas impreso en 3D que permite la autoadministración de vacunas sin dolor. Este parche proporciona una protección diez veces mayor que las vacunas tradicionales, según un estudio en animales publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences.

En la actualidad, tecnologías como esta han sido ampliamente desarrolladas por empresas como Carbon, líder en impresoras 3D, permitiendo personalizar y mantener la nitidez de las microagujas, superando desafíos anteriores en la fabricación de estos parches.

• Soportes y accesorios complejos

Los soportes y accesorios con geometrías complejas son esenciales para aplicaciones que requieren alta resistencia y rigidez. Tal es el caso de los dispositivos biomédicos, cuyos soportes personalizados pueden ser impresos en 3D para adaptarse a geometrías específicas del cuerpo humano. Esto es particularmente útil en la producción de implantes y prótesis hechos a medida, donde la precisión y la adaptación al paciente son cruciales.

Claro ejemplo de ello son los stents cardiovasculares implantados en la arteria coronaria para mejorar el flujo sanguíneo al corazón. Comúnmente vienen en una variedad de tamaños, pero los impresos con tecnología a microescala 3D pueden adaptarse específicamente a las necesidades únicas de cada paciente.

Empresas como Boston Micro Fabrication han avanzado en esta tecnología, utilizando su impresora MicroArch P140 para crear stents personalizados que miden aproximadamente 15,4 x 3,4 mm, adaptándose a las necesidades específicas de cada paciente.

Entre otros hallazgos, la agencia científica nacional de Australia, CSIRO, ha desarrollado stents de nitinol autoexpandibles impresos en 3D para tratar arterias estrechas o bloqueadas, destacando el potencial de esta tecnología para personalizar tratamientos, reducir inventarios y acortar tiempos de recuperación.