Impresión 4D: qué es, cómo funciona, ventajas, para qué se usará

La impresión 3D existe desde hace varias décadas. Su evolución, la impresión 4D, se perfila como una de las tendencias a tener en cuenta en la fabricación del futuro.

El Dr. Hideo Kodama es reconocido mundialmente como el padre de la impresión 3D. Se le ocurrió la idea de fabricar objetos por capas mientras buscaba un método rápido para la creación de prototipos. La impresión 3D es un proceso que consiste en crear objetos tridimensionales imprimiéndolos a partir de diseños creados en ordenadores. Este proceso también se conoce como fabricación aditiva, ya que se construye el objeto añadiendo capas de material.

Desde finales del siglo pasado, hemos visto un aumento en el uso de la impresión 3D y hoy en día están disponibles para el público en general. Sin embargo, el progreso no se detiene aquí. Ahora, surge una nueva evolución: la impresión 4D.

¿Qué es la impresión 4D?

La impresión 4D es una evolución de la impresión 3D que permite la creación de objetos que pueden cambiar de forma en función de las condiciones externas. Es un proceso en el que un objeto impreso en 3D puede transformar su forma bajo la influencia de factores externos como la temperatura, la luz u otros estímulos externos. En otras palabras, la impresión 4D funciona como una especie de origami activo que puede cambiar su estructura si se calienta. La impresión 4D utiliza materiales inteligentes, como hidrogeles o polímeros con memoria, que pueden cambiar de forma con el tiempo gracias a sus propiedades. A diferencia de los objetos impresos en 3D, que son rígidos y mantienen su forma una vez fabricados, los objetos impresos en 4D pueden cambiar su forma según las condiciones externas.

¿En qué se diferencia la impresión 4D de la 3D?

La impresión 4D se diferencia de la impresión 3D en que tiene una dimensión adicional: el tiempo. La impresión 4D se conoce a menudo como la impresión 3D que cambia con el tiempo. Un objeto impreso en 4D puede cambiar de forma en función de las condiciones externas, mientras que los objetos impresos en 3D son rígidos y mantienen su forma una vez fabricados. La impresión 4D utiliza materiales inteligentes que pueden cambiar su forma con el tiempo, a diferencia de los materiales rígidos utilizados en la impresión 3D. En resumen, la impresión 4D es una evolución de la impresión 3D que permite la creación de objetos que pueden adaptarse a diferentes condiciones y entornos mediante el uso de materiales inteligentes y la dimensión temporal.

¿Cómo funciona la impresión 4D?

La impresión 4D utiliza impresoras 3D, pero lo que cambia son los materiales de entrada, conocidos como materiales inteligentes. Estos materiales son hidrogeles o polímeros con memoria que, gracias a sus propiedades, pueden cambiar de forma con el tiempo. La impresión 4D reacciona a factores externos como el calor, el agua o la electricidad, entre otros catalizadores, según las instrucciones escritas en su codificación geométrica. Esto significa que pueden alargarse, plegarse y doblarse cuando se activan.

Los objetos impresos en 4D se crean a partir de un diseño creado en ordenador y se imprimen capa por capa utilizando una impresora 3D. Una vez que el objeto está impreso, los materiales inteligentes que se han utilizado en la impresión pueden cambiar su forma con el tiempo en función de las condiciones externas. Esto permite que el objeto se adapte a diferentes entornos y condiciones de una manera que no sería posible con los materiales rígidos utilizados en la impresión 3D. En resumen, la impresión 4D utiliza materiales inteligentes y procesos de impresión similares a la impresión 3D, pero con la capacidad de cambiar de forma con el tiempo.

Ventajas de la impresión 4D

La impresión 4D tiene varias ventajas potenciales que la hacen una tecnología prometedora. Algunas de las principales ventajas son:

• Posibilidad de imprimir objetos más grandes: Mediante el plegado computacional, los objetos más grandes pueden reproducirse en una sola pieza. Esto lleva a la posibilidad de crear estructuras que serían imposibles de construir con las técnicas de fabricación actuales. Potencialmente, la impresión 4D podría hacer posible la creación de infraestructuras que puedan cambiar en función de las condiciones meteorológicas: pensemos en un puente que pudiera expandirse durante una inundación.
• Utilización de materiales inteligentes: La impresión 4D utiliza materiales inteligentes, como hidrogeles o polímeros con memoria, que pueden cambiar de forma con el tiempo gracias a sus propiedades. Esto permite la creación de objetos que pueden adaptarse a diferentes entornos y condiciones de una manera que no sería posible con los materiales rígidos utilizados en la impresión 3D.
• Reducción potencial de residuos: Dado el aumento de la eficiencia en la fabricación, la impresión 4D podría suponer una reducción potencial de los residuos. Si un mismo objeto se va a utilizar para múltiples propósitos, esto podría reducir la necesidad de productos desechables.
• Creación de objetos más eficientes: La capacidad de crear objetos que se adapten a diferentes entornos y condiciones puede llevar a la creación de objetos más eficientes y resistentes.

Qué materiales se utilizan en la impresión 4D

En la impresión 4D se utilizan materiales inteligentes, como hidrogeles o polímeros con memoria, que tienen la capacidad de cambiar su forma con el tiempo gracias a sus propiedades. Estos materiales se caracterizan por ser capaces de responder a factores externos, como la temperatura, la humedad, la luz y otros estímulos, de manera que pueden cambiar su forma y adaptarse a diferentes entornos y situaciones.

Los hidrogeles son uno de los materiales más utilizados en la impresión 4D. Son materiales que pueden absorber grandes cantidades de agua y cambiar su forma en función de su contenido de agua. Por ejemplo, un hidrogel puede encogerse o expandirse dependiendo de la humedad del ambiente en el que se encuentra.

Los polímeros con memoria son otro tipo de material utilizado en la impresión 4D. Estos materiales tienen la capacidad de recordar su forma original y volver a ella después de haber sido deformados. Por ejemplo, un polímero con memoria puede doblarse y retorcerse en diferentes formas, pero volverá a su forma original una vez que se le aplique calor o algún otro estímulo.

Para qué sirve la impresión 4D

La impresión 4D es una tecnología emergente que tiene múltiples aplicaciones potenciales en diferentes campos. Algunos de los casos de uso más interesantes son:

• Fabricación de objetos que cambian de forma según las condiciones: puede utilizarse para fabricar objetos que cambian su forma en función de las condiciones externas, como la temperatura, la humedad o la presencia de luz. Por ejemplo, se podrían fabricar sensores que se adaptan a diferentes entornos y cambian su forma para medir diferentes variables.
• Creación de estructuras arquitectónicas y de ingeniería: puede utilizarse para fabricar estructuras arquitectónicas y de ingeniería que se adaptan a diferentes situaciones. Por ejemplo, se podrían construir puentes que se expanden y se contraen en función de las condiciones meteorológicas o edificios que se adaptan a diferentes temperaturas para mejorar la eficiencia energética.
• Fabricación de prótesis médicas y dispositivos de atención sanitaria: puede utilizarse para fabricar prótesis médicas y dispositivos de atención sanitaria que se adaptan a las necesidades específicas de cada paciente. Por ejemplo, se podrían fabricar prótesis que cambian su forma en función de la actividad física del paciente o dispositivos que se adaptan a diferentes tamaños y formas del cuerpo.
• Fabricación de ropa y accesorios: puede utilizarse para fabricar ropa y accesorios que cambian su forma y su diseño en función de las preferencias del usuario. Por ejemplo, se podrían fabricar zapatos que cambian su forma y su diseño en función del uso o ropa que se adapta a diferentes condiciones climáticas.

Limitaciones

Como cualquier otra tecnología que se encuentra lejos de la fase de madurez, hay que averiguar muchos aspectos. En primer lugar, el coste del equipo y los materiales son obstáculos que hay que superar para permitir la producción en masa. En segundo lugar, la fiabilidad y la vida útil de los materiales aún son cuestionables. En tercer lugar, el posible impacto medioambiental de esta tecnología aún no está claro.

La impresión 4D es una evolución de la impresión 3D que permite la creación de objetos que pueden cambiar de forma en función de las condiciones externas. Esta tecnología promete ventajas significativas, como la capacidad de imprimir objetos más grandes y la utilización de materiales inteligentes. A pesar de esto, aún hay obstáculos que superar antes de que la impresión 4D se convierta en una tecnología ampliamente utilizada en la fabricación.

Fuente: EcoInventos