Un nuevo método de impresión 3D desarrollado por ingenieros de la Universidad de California en San Diego es tan simple que utiliza tinta polimérica y una solución de agua salada para crear estructuras sólidas. Obras publicadas comunicación de la naturalezaLos materiales tienen el potencial de hacer que la producción sea más sostenible y respetuosa con el medio ambiente.
El proceso utiliza una solución de polímero líquido conocida como poli(n-isopropilacrilamida), o PNIPAM para abreviar. Cuando esta tinta PNIPAM se extruye a través de una aguja en una solución salina de cloruro de calcio, se endurece tan pronto como entra en contacto con el agua salada. Los investigadores utilizaron este proceso para imprimir fácilmente estructuras sólidas.
Esta rápida solidificación es impulsada por un fenómeno llamado efecto de salinidad, donde los iones de sal expulsan las moléculas de agua de la solución de polímero debido a su fuerte atracción hacia el agua. La eliminación de agua hace que las cadenas de polímeros hidrofóbicos de la tinta PNIPAM se agreguen densamente, formando una forma sólida.
“Todo esto se hace en condiciones ambientales, sin la necesidad de pasos adicionales, equipos especiales, productos químicos tóxicos, calor o presión”, dijo el autor principal del estudio, Jinhe Bei, profesor de la familia Aiso Yufeng Li en el Departamento de Ingeniería Química y Nano. Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego.
Los métodos convencionales para solidificar polímeros normalmente requieren pasos que consumen mucha energía y materiales agresivos. Por el contrario, este nuevo proceso aprovecha la interacción simple entre PNIPAM y agua salada a temperatura ambiente para lograr el mismo resultado, pero sin el costo ambiental.
Además, este proceso es reversible. Las estructuras sólidas producidas pueden disolverse fácilmente en agua dulce y volver a su forma líquida. Esto permite reutilizar la tinta PNIPAM para futuras impresiones. “Ofrece un método sencillo y respetuoso con el medio ambiente para reciclar materiales poliméricos”, afirmó Bae.
Para demostrar la versatilidad de su método, los investigadores imprimieron estructuras con tinta PNIPAM que contenía otros materiales. Por ejemplo, imprimieron un circuito eléctrico utilizando una tinta hecha de PNIPAM mezclada con nanotubos de carbono, que logró alimentar una bombilla. Este circuito impreso también se puede disolver en agua dulce, lo que demuestra el potencial para crear componentes electrónicos reciclables y solubles en agua.
Bae y su equipo imaginan que esta técnica de impresión 3D simple y reversible podría contribuir al desarrollo de una tecnología de fabricación de polímeros respetuosa con el medio ambiente.
Artículo: “Impresión 3D sostenible mediante efecto de sal reversible con soluciones salinas acuosas”. Los coautores incluyen a Dongwan Ji, Joseph Liu, Xiao Zhao, Minghao Li y Yumi Ro, UC San Diego; y Hwanshu Shing y Tae Hee Han, Universidad de Hanyang, Corea.
Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias a través del Programa de Investigación de Ciencias Básicas a través del Centro de Ingeniería y Ciencia de Investigación de Materiales de UC San Diego (MRSEC, subvención DMR-2011924) y la Fundación Nacional de Investigación de Corea financiada por el Ministerio de Educación (Subvención RS -2023-00241263).
Divulgación: Jinhe Bei, Joseph Liu y Donghwan Ji han presentado una patente para este trabajo a través de la Oficina de Innovación y Comercialización de UC San Diego. Los autores declaran no tener conflictos de intereses.