Qué es la impresión 4D, qué materiales se usan y para qué puede servir

Vamos a explicarte de qué es exactamente la impresión en 4D, una gran evolución dentro de la impresión 3D en la que se utilizan tipos de materiales que pueden reaccionar al entorno. Así, puedes crear proyectos que cambien de forma sin que tú los toques, sólo cuando se les apliquen entradas de energía externa u otros estímulos ambientales.

Vamos a empezar explicándote de forma sencilla pero detallada qué es exactamente la impresión en 4D para que la distingas de la 3D. Luego pasaremos a decirte qué tipo de materiales se están utilizando para este tipo de impresión, y cuáles son los potenciales usos de esta tecnología que todavía está dando sus primeros pasos.

Qué es la impresión 4D

Explicación de la impresión 4D, por Sculpteo.com

La impresión 4D es una evolución dentro de la impresión 3D. Se trata de la creación de objetos impresos en 3D que cambian tras reaccionar con el entorno, pudiendo doblarse, repararse, ensamblarse o incluso desintegrarse al recibir determinado estímulo externo, también adquirir una nueva forma o funcionalidad bajo la influencia de la entrada de energía externa, como temperatura, luz u otros estímulos ambientales.

Esto quiere decir que tú imprimes un objeto 3D con una impresora 3D, pero lo haces con unos materiales especiales y un diseño que los tiene en cuenta. Con ello, se crea un producto que reacciona ante diferentes estímulos sin que tú tengas que tocarlos. Además de la forma, estos objetos también pueden cambiar de color o tamaño.

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Todo esto dependerá de los materiales que se utilicen, que reaccionarán de una u otra manera dependiendo también del tipo de estímulo que reciban. Por lo tanto, a la hora de diseñarlos e imprimirlos en 3D, los diseñadores tienen que haber pensado también en el material específico que quieren utilizar en los objetos para que, tras imprimirlos, se comporten como se espera de ellos.

En resumen, puedes pensar en la impresión 4D como en una forma funcional de imprimir en 3D. En vez de imprimir simples estructuras físicas, lo que se imprimen son funciones. Objetos que realizan determinadas funciones. Es como incorporar un fragmento de código al material, y una vez se activa consigue que el objeto realice eso para lo que ha sido programado y diseñado.

Qué materiales se utilizan

Actualmente, los materiales que se utilizan para este tipo de impresión no son tan variados como a la hora de imprimir simplemente objetos 3D. Tienes que comprender que se trata de una tecnología bastante nueva y que todavía está dando sus primeros pasos, por lo que todavía tiene mucho que evolucionar. Aun así, tiene ya algunos materiales diferentes.

Por una parte tienes los polímeros con memoria de forma (PMF). Son unos materiales que memorizan una forma macroscrópica y la mantienen durante cierto tiempo, pero luego vuelven a su forma original bajo el efecto del calor u otros estímulos, como un campo magnético, un campo eléctrico o el agua.

También tienes los elastómeros de cristal líquido (LCE). Son materiales que contienen cristales líquidos sensibles al calor, y cuya orientación se puede controlar. De esta manera, se hace que los objetos que se impriman con ellos adopten una forma concreta deseada bajo los efectos de la temperatura. Esto sí que es más literalmente como programar un objeto para que se mueva de determinada manera dependiendo de lo que quieras de él.

Luego están los hidrogeles, que son cadenas de polímeros hechas principalmente de agua. Están centrados en el sector médico por su biocompatibilidad, y se utilizan en procesos de fotopolimerización.

Además, algunos objetos que se utilizan en la impresión 4D pueden usar varios materiales, como compuestos como la madera o el carbono que se agregan a los polímeros con memoria de forma e hidrogeles. De esta manera, tienes partes de un objeto que son rígidos y otros que son los encargados de moverse.

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Para qué sirve la impresión 4D

Como te hemos dicho al principio, la impresión 4D todavía está dando sus primeros pasos, por lo que las aplicaciones para las que se utiliza todavía están explorándose. Esto quiere decir que todos los usos que te vamos a decir son potenciales que aún no han sido aplicados, pero que se prevé que la impresión 4D podría llegar a realizar.

Por ejemplo, imagínate tener tuberías que son capaces de repararse automáticamente si se agrietan o se rompen, o cuyo diámetro puede cambiar en respuesta al caudal de agua o la demanda de los usuarios. Los sistemas de cañerías podrían ser muy beneficiados por este tipo de materiales.

También podríamos tener muebles capaces de montarse automáticamente. Imagínate que te compras un mueble que te viene en una lámina, pero que si le aplicas luz, calor o agua tendría dobleces que se accionan automáticamente, y como las figuras de papel, son capaces de doblarse ordenadamente para formar una mesa o una silla. Arriba tienes un vídeo del MIT en su investigación de compuestos de madera programable.

Otro de los usos para los que puede llegar a servir es la creación de piezas que se pueden plegar o expandir como el gancho que ves arriba. Se calienta y se cierra para intentar poder coger un objeto. Y todo ello imprimiéndose de una sola pieza, sin necesidad de sistemas que permitan moverse.

También está la posibilidad de utilizar la impresión 4D en proyectos de gran escala. Por ejemplo, podrían construirse puentes, refugios y muchos otros tipos de instalaciones que se monten automáticamente o sean capaces de repararse a sí mismas cuando la climatología cause algún daño.

Y también puede ser útil en otros sectores, como por ejemplo en la medicina con la impresión de proteínas capaces de reconfigurarse a sí mismas. Además, a la hora de hacer endoprótesis vasculares u otros tipos de prótesis, se podría conseguir que estas reaccionen al calor corporal, expandiéndose para adaptarse al paciente para las que se imprimen.

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O incluso también en el sector de la moda, con ropa capaz de cambiar dependiendo del clima o la actividad. Imagínate un calzado que pudiera cambiar de forma cuando detecte que empieces a correr para que sea más cómodo y amortiguado, o tejidos que son transpirables pero se cierran en sí mismos cuando detectan lluvia.