La fabricación aditiva (AM) ha revolucionado muchas industrias y promete impactar muchas más en el futuro cercano. Si bien la gente está más familiarizada con las impresoras 3D que funcionan de manera muy similar a las impresoras de inyección de tinta, otro tipo de AM ofrece conveniencia utilizando un método diferente: construir objetos con luz, una capa a la vez.
Una de esas tecnologías es el procesamiento digital de luz (DLP). Ampliamente utilizado tanto en aplicaciones industriales como dentales, el DLP funciona utilizando luz para transformar una resina líquida en un sólido, esencialmente extrayendo los sólidos de un charco poco profundo de resina, una capa a la vez.
Sin embargo, un desafío importante al utilizar este método de impresión 3D es que las resinas deben tener una viscosidad baja, casi similar al agua, para funcionar correctamente en alta resolución. Muchos polímeros que de otro modo serían adecuados para la impresión DLP son duros o muy viscosos y requieren disolventes para lograr la consistencia adecuada.
Pero la adición de estos disolventes también introduce importantes inconvenientes, como una mala precisión dimensional después de la impresión debido a la contracción de la pieza (hasta un 30 %) combinada con tensiones residuales a medida que el disolvente se evapora.
En un artículo publicado en línea el 30 de agosto, el Dr. Edición Internacional de Química AplicadaInvestigadores de la Universidad de Duke han descubierto un nuevo polímero sin disolventes para la impresión DLP. Además de eliminar los problemas de contracción, la falta de disolvente también mejora las propiedades mecánicas de la pieza y mantiene su capacidad de degradarse en el cuerpo.
“Quería crear un material inherentemente delgado y de baja viscosidad para usarlo en DLP para dispositivos médicos degradables”, dijo Maddy Segal, candidata a doctorado en MEMS que trabaja en el laboratorio de Matthew Baker, profesor distinguido de química Hugo L. Blomquist en Duke. . . “Me tomó mucho esfuerzo, pero finalmente pude identificar los mejores monómeros y una técnica sintética para hacer un polímero sin solventes que podría usarse en una impresora DLP sin ningún solvente”.
Al ser una de las primeras resinas sin disolventes que se podía utilizar en la impresión DLP, Segal estaba interesado en probar las propiedades de las piezas fabricadas con ella. Le emocionó descubrir que las piezas de prueba no se encogían ni se deformaban en absoluto y, en general, eran más fuertes y duraderas que las fabricadas con solventes. Según sus hallazgos, esta es una de las primeras demostraciones empíricas de mayores propiedades mecánicas al eliminar el uso de solventes en la impresión DLP 3D de polímeros degradables.
Para desarrollar su nuevo polímero, Segal analizó la estructura y propiedades de las resinas existentes desarrolladas por el laboratorio Baker y otros, y varió los monómeros y las longitudes de cadena de manera experimental paso a paso para lograr los polímeros de baja viscosidad deseados. Básicamente, utilizó un enfoque de “adivinar y probar”, ajustando los monómeros o la “receta” del polímero hasta que encontró una combinación que funcionara.
El proceso no es del todo diferente a cocinar una comida. Implica mezclar combinaciones específicas de ingredientes, calentarlos y luego probar los resultados hasta lograr el resultado deseado. En total, Segal experimentó con unas 60 combinaciones diferentes antes de crear finalmente el producto que esperaba.
“Además de crear un material que no se encogiera y fuera fuerte, también quería que fuera útil para aplicaciones médicas”, dijo Segal. “Estoy intentando crear prototipos de dispositivos que sean a la vez biocompatibles y degradables. Eliminar los disolventes tóxicos del proceso me ayudará a conseguirlo”.
El objetivo final de Segal con este trabajo es aplicar esta técnica a implantes médicos biodegradables. Algunos de los materiales utilizados hoy en día para fabricar implantes médicos temporales no son degradables y requieren múltiples cirugías no sólo para implantarlos, sino también para extraerlos. A través de su investigación, Segal pretende crear implantes que puedan degradarse mediante los procesos naturales del cuerpo.
Los dispositivos fabricados con este material pueden implantarse y diseñarse para degradarse naturalmente con el tiempo, eliminando la necesidad de una cirugía adicional para extraer el dispositivo. Puede usarse temporalmente o en aplicaciones de robótica blanda, donde se necesita un material blando y degradable, como pegamento óseo para mantener unidas las fracturas.
“Este tipo de material es lo que hace que esta aplicación particular sea el foco principal de mi trabajo”, dijo Segal. “Y, de hecho, esta técnica se puede utilizar para cualquier tipo de implante que se desee degradar después de un tiempo y no quedarse allí para siempre”.
Esta investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud (1R01HL159954-01). La Universidad de Duke ha presentado una solicitud de patente provisional que cubre la tecnología (solicitud n.º 63544353).