Robocasting (también conocido como extrusión robótica de material [1] ) es una técnica de fabricación aditiva análoga a Direct Ink Writing y otras técnicas de impresión 3D basadas en extrusión en las que un filamento de un material pastoso se extruye desde una pequeña boquilla mientras la se mueve a través de una plataforma. [2] El objeto se construye así imprimiendo la forma requerida capa por capa. La técnica se desarrolló por primera vez en los Estados Unidos en 1996 como un método para permitir la producción de cuerpos en verde cerámicos geométricamente complejos mediante fabricación aditiva. [3]En robocasting, un modelo CAD 3D se divide en capas de manera similar a otras técnicas de fabricación aditiva. Luego, el material (típicamente una suspensión de cerámica) se extruye a través de una pequeña boquilla mientras se controla la posición de la boquilla, dibujando la forma de cada capa del modelo CAD. El material sale de la boquilla en un estado similar a un líquido pero retiene su forma inmediatamente, explotando la propiedad reológica del adelgazamiento por cizallamiento . Es distinto del modelado por deposición fundida, ya que no depende de la solidificación o el secado para conservar su forma después de la extrusión.
Proceso
Robocasting comienza con un proceso de software. Un método para importar una forma consiste en imprimir y cortar un archivo STL (formato de archivo de estereolitografía) en capas de grosor similar al diámetro de la boquilla. La pieza se produce extruyendo un filamento continuo de material en la forma requerida para llenar la primera capa. A continuación, la etapa se mueve hacia abajo o la boquilla se mueve hacia arriba y la siguiente capa se deposita en el patrón requerido. Esto se repite hasta que se completa la parte 3D. Los mecanismos controlados numéricamente se utilizan típicamente para mover la boquilla en una ruta de herramienta calculada generada por un paquete de software de fabricación asistida por computadora (CAM). Los motores paso a paso o servomotores se emplean generalmente para mover la boquilla con precisión tan fina como nanómetros. [4]
La pieza suele ser muy frágil y blanda en este punto. El secado, el desaglomerado y la sinterización suelen seguir para dar a la pieza las propiedades mecánicas deseadas.
Dependiendo de la composición del material, la velocidad de impresión y el entorno de impresión, el robocasting normalmente puede lidiar con voladizos moderados y grandes regiones de expansión muchas veces el diámetro del filamento en longitud, donde la estructura no tiene soporte desde abajo. [5] Esto permite que los intrincados andamios tridimensionales periódicos se impriman con facilidad, una capacidad que no poseen otras técnicas de fabricación aditiva. Estas piezas han demostrado ser muy prometedoras en los campos de los cristales fotónicos , los trasplantes de huesos, los soportes de catalizadores y los filtros. Además, las estructuras de soporte también se pueden imprimir a partir de un "material fugitivo" que se retira fácilmente. Esto permite imprimir casi cualquier forma en cualquier orientación.
Aplicaciones
La técnica puede producir cuerpos cerámicos no densos que pueden ser frágiles y deben sinterizarse antes de que puedan usarse para la mayoría de las aplicaciones, de forma análoga a una olla de cerámica de arcilla húmeda antes de ser horneada. Se puede formar una amplia variedad de geometrías diferentes a partir de la técnica, desde piezas sólidas monolíticas [2] hasta intrincados "andamios" a microescala, [6] y materiales compuestos hechos a medida. [7] Una aplicación muy investigada para robocasting es la producción de implantes de tejidos biológicamente compatibles. Las estructuras de celosía apiladas de "pila de madera" se pueden formar con bastante facilidad, lo que permite que los huesos y otros tejidos del cuerpo humano crezcan y eventualmente reemplacen el trasplante. Con varias técnicas de escaneo médico, se estableció la forma precisa del tejido faltante y se ingresó en el software de modelado 3D e imprimió. Los vidrios de fosfato de calcio y la hidroxiapatita se han explorado ampliamente como materiales candidatos debido a su biocompatibilidad y similitud estructural con el hueso. [8] Otras aplicaciones potenciales incluyen la producción de estructuras específicas de gran superficie, como lechos de catalizadores o electrolitos de pilas de combustible . [9] Se pueden formar compuestos avanzados de soporte de carga de matriz de metal y matriz de cerámica mediante la infiltración de cuerpos de pilas de madera con vidrios fundidos, aleaciones o lechadas.
El robocasting también se ha utilizado para depositar tintas poliméricas y sol-gel a través de diámetros de boquilla mucho más finos (menos de 2 μm) de lo que es posible con tintas cerámicas. [4]
Referencias
- ^ ASTM ISO / ASTM52900-15 Terminología estándar para fabricación aditiva - Principios generales - Terminología, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2015, https://doi.org/10.1520/ISOASTM52900-15
- ↑ a b Feilden, Ezra (2016). "Robocasting de piezas cerámicas estructurales con tintas de hidrogel". Revista de la Sociedad Europea de Cerámica . 36 (10): 2525-2533. doi : 10.1016 / j.jeurceramsoc.2016.03.001 . hdl : 10044/1/29973 .
- ^ Stuecker, J (2004). "Estructuras de soporte avanzadas para una actividad catalítica mejorada". Investigación en Química Industrial e Ingeniería . 43 (1): 51–55. doi : 10.1021 / ie030291v .
- ^ a b Xu, Mingjie; Gratson, Gregory M .; Duoss, Eric B .; Shepherd, Robert F .; Lewis, Jennifer A. (2006). "Silicificación biomimética de andamios 3D ricos en poliaminas ensamblados mediante escritura directa con tinta". Materia blanda . 2 (3): 205–209. doi : 10.1039 / b517278k . ISSN 1744-683X . PMID 32646146 .
- ^ Smay, James E .; Cesarano, José; Lewis, Jennifer A. (2002). "Tintas Coloidales para Montaje Dirigido de Estructuras Periódicas 3-D". Langmuir . 18 (14): 5429–5437. doi : 10.1021 / la0257135 . ISSN 0743-7463 .
- ^ Lewis, Jennifer (2006). "Escritura de tinta directa de materiales funcionales 3D". Materiales funcionales avanzados . 16 (17): 2193–2204. doi : 10.1002 / adfm.200600434 .
- ^ Feilden, Ezra; Ferraro, Claudio; Zhang, Qinghua; García-Tuñón, Esther; D'Elia, Eleonora; Giuliani, finlandés; Vandeperre, Luc; Saiz, Eduardo (2017). "Composites cerámicos bioinspirados de impresión 3D" . Informes científicos . 7 (1): 13759. doi : 10.1038 / s41598-017-14236-9 . ISSN 2045-2322 . PMC 5653810 . PMID 29062036 .
- ^ Miranda, P (2008). "Propiedades mecánicas de los andamios de fosfato de calcio fabricados por robocasting". Revista de materiales biomédicos . 85 (1): 218-227. doi : 10.1002 / jbm.a.31587 . PMID 17688280 .
- ^ Kuhn, M .; Napporn, T .; Meunier, M .; Vengallatore, S .; Therriault, D. (2008). "Microfabricación de escritura directa de celdas de combustible de micro óxido sólido de cámara única". Revista de Micromecánica y Microingeniería . 18 : 015005. doi : 10.1088 / 0960-1317 / 18/1/015005 .
enlaces externos
- Robocasting , MIT Technology Review