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Gran giroide de hierro (1,3 x 1,0 cm) ALCHEMY EPFL CC BY SA |
Ingenieros de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) están redefiniendo lo que significa imprimir metal en 3D. En lugar de recurrir a aleaciones fundidas o polvos metálicos, su método hace algo que suena casi imposible: “cultivar” metal dentro de un gel blando y lleno de agua. Es como ver surgir una estructura metálica desde algo tan maleable como una gelatina.
El estudio, publicado en Advanced Materials, pone en jaque una de las grandes limitaciones de la fotopolimerización por cuba, una técnica popular que usa luz para endurecer resinas capa por capa. Hasta ahora, este método servía para imprimir plásticos, pero los intentos con metales o cerámicas daban como resultado piezas deformadas, agrietadas o porosas.
Daryl Yee, líder del Laboratorio de Química de Materiales y Manufactura de la EPFL, lo resume con claridad: “Queríamos imprimir metales sin todos los compromisos. Los métodos actuales producen materiales demasiado porosos, con una resistencia reducida y una contracción excesiva que los deforma”.
El equipo encontró la solución en algo tan simple como un hidrogel, una sustancia suave y translúcida compuesta principalmente de agua. Con la técnica tradicional de fotopolimerización, moldean el gel en cualquier forma: un engranaje, una malla, un tubo microscópico.
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Sección transversal de un hidrogel con infusión de cobre. ALCHEMY EPFL CC BY SA |
El gel moldeado se sumerge en una solución con sales metálicas —de hierro, cobre o plata—. Los iones metálicos penetran lentamente el gel, tiñéndolo como si absorbiera color. Después, una reacción química los transforma en diminutas nanopartículas metálicas dispersas por toda la estructura. Este proceso, llamado ciclo de infusión y precipitación, se repite varias veces para incrementar la cantidad de metal en el gel.
Tras unas cinco a diez repeticiones, la pieza se calienta en un horno. El hidrogel se desintegra y solo queda una réplica metálica sólida, densa y fiel al diseño original. El resultado es impresionante: estructuras de hierro, plata o cobre mucho más fuertes y estables que las obtenidas por métodos previos.
Según el doctorando Yiming Ji, autor principal del estudio, estas piezas “soportan hasta 20 veces más presión y presentan una contracción del 20%, frente al 60 o 90% de los métodos anteriores”.
Pero lo más sorprendente es la versatilidad. El mismo gel puede transformarse en distintos materiales simplemente cambiando la sal metálica del baño. Yee explica que esto no solo permite fabricar metales y cerámicas de alta calidad con equipos accesibles, sino que introduce una nueva lógica en la manufactura aditiva: primero se imprime la forma, y luego se decide el material.
Esta inversión del proceso podría revolucionar la industria. En sus pruebas, los investigadores crearon engranajes planos de hierro y pequeños stents tubulares que conservaron su forma incluso tras el calentamiento. También imprimieron estructuras cerámicas magnéticas de hexaferrita de estroncio, con aplicaciones en energía y electrónica.
La promesa es clara: sensores metálicos ultraligeros, implantes biomédicos precisos y convertidores energéticos complejos, todo producido con impresoras 3D convencionales y materiales económicos. Y a diferencia del sinterizado por láser, no requiere atmósferas controladas ni equipos costosos.
Eso sí, no todo es inmediato. Cada ciclo de infusión lleva alrededor de una hora, y se necesitan varios para lograr la resistencia óptima. Pero el equipo ya trabaja en automatizar el proceso con robots, acelerando la producción.
En sus resultados, los científicos reportan densidades superiores al 80%, comparables a las del sinterizado industrial, y resistencias hasta 25 veces mayores que las logradas con métodos anteriores basados en sales metálicas.
Si la técnica se perfecciona, podría unir la precisión del moldeo por polímeros con la fortaleza del metal, abriendo una nueva era para la fabricación avanzada. En otras palabras, el futuro del metal impreso podría nacer, literalmente, del agua.