La impresión 4D está revolucionado el campo de la fabricación tridimensional llevándolo a un nivel completamente nuevo. Es una extensión de la ya popular tecnología de impresión 3D, pero implica la creación de objetos que pueden cambiar su forma o propiedades con el tiempo en respuesta a estímulos externos, como la temperatura, la luz o la humedad.
Esta cuarta dimensión, el tiempo, agrega una capa de funcionalidad a los objetos impresos, lo que les permite adaptarse a su entorno y realizar tareas que antes eran imposibles o poco prácticas.
Si bien esta tecnología emergente se creó en 2013 por el informático Skylar Tibbits, fundador y codirector del Self-Assembly Lab del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), actualmente registra un rápido crecimiento gracias a otros conocimientos como la Inteligencia Artificial (IA) y la Ciencia de Materiales.
Los ejemplos de objetos impresos en 4D incluyen estructuras de autoensamblaje, textiles que cambian de configuración y dispositivos médicos inteligentes que pueden cambiar su forma para brindar tratamientos específicos.
Materiales
Dos ejemplos destacados de materiales inteligentes utilizados en la impresión 4D son las aleaciones de memoria de forma y los hidrogeles.
Las aleaciones de memoria de forma (shape memory alloys) son combinaciones de metales que poseen una habilidad extraordinaria: pueden ser estiradas y deformadas de manera significativa, pero luego recuperan su forma original cuando son calentadas. Este material, indican los investigadores, da la sensación de tener una memoria interna que le permite “recordar” su forma predefinida y regresar a ella, logrando autocorregirse y restaurar su forma original después de ser deformado.
Por otro lado, los hidrogeles son materiales orgánicos capaces de absorber y retener grandes cantidades de agua. Esto les confiere una propiedad única: pueden hincharse o deshincharse en respuesta a las condiciones de su entorno.
Método
Como es conocido, la impresión 3D, también llamada fabricación aditiva, radica en desplegar objetos usando material depositado por capas, dependiendo de un modelo digital. Este procedimiento abarca dos ramas: el método de inyección y el método por láser. Y los materiales que comúnmente se emplean son algunos tipos de resinas, filamentos plásticos o tintas aglomerantes que permiten un fácil moldeo para cualquier diseño, aunque su geometría sea complicada.
Bajo este concepto, existe una diferencia entre la impresión 3D y la 4D: la capacidad de crear materiales que interactúen con el ambiente y que puedan adaptarse. Es decir, bajo la técnica 4D se imprime en tres dimensiones pero empleando materiales que responden a estímulos externos.
El propósito de la impresión 4D es que la geometría del objeto retenga información, por lo que se usan fibras de polímeros —memoria de forma—. Por ello, la impresión 4D recurre a las impresoras 3D para crear objetos tridimensionales “vivos” sin cables ni circuitos. Lo hace utilizando materiales inteligentes, que pueden programarse para cambiar de forma, color o tamaño cuando reciben un estímulo externo.
Es el caso de resinas de hidrogel, polímeros activos o incluso tejidos vivos. Se imprimen en 3D con un diseño específico que con el tiempo y al entrar en contacto con la humedad, la luz, la presión o la temperatura, entre otros factores, evolucionan hasta lograr el acabado deseado.
Así, la impresión 4D hace posible que un objeto, por ejemplo, pueda doblarse, repararse, ensamblarse o incluso desintegrarse a sí mismo. El objeto adquiere una nueva forma o funcionalidad por sí solo, reaccionando con el entorno.
IA y nuevos materiales
En los últimos años la creación y la integración de nuevos materiales combinados con la Inteligencia Artificial (IA) permite a los científicos actuar y desarrollar nuevos conceptos en la tecnología 4D.
Esta asociación está revolucionando las oportunidades de inversión en materiales sensibles al tiempo, ofreciendo una ola de innovación tecnológica.
La integración de la IA con la impresión 4D está irrumpiendo en la industria y crea nuevos mercados. Los algoritmos de IA pueden analizar grandes cantidades de datos para identificar patrones y hacer predicciones, lo que les permite optimizar el diseño y la fabricación de objetos impresos en 4D.
Al aprovechar el poder del aprendizaje automático, la IA ayuda a los ingenieros y diseñadores a crear materiales más eficientes, rentables y sostenibles que respondan a su entorno de maneras que antes eran inimaginables. Además, la IA acelera el ritmo de la innovación en la impresión 4D al automatizar y reducir el tiempo en el proceso de diseño y fabricación de un objeto.
Aplicaciones
Medicina La impresión 4D ofrece la posibilidad de crear dispositivos a medida, inteligentes y en evolución. Por ejemplo, al imprimir un implante 4D se podría controlar más fácilmente su estado y viabilidad una vez integrado en el paciente.
Este concepto es aplicable a toda la medicina regenerativa y la fabricación de estructuras celulares. Ya hay implantes que se adaptan a los cambios en los tejidos y prótesis que crecen con los niños.
Construcción La edificación de estructuras adaptadas a las condiciones climáticas como puentes, refugios u otro tipo de instalaciones supondría un enorme paso adelante en este campo. Ladrillos 4D capaces de modificar paredes y techos que se adapten al entorno permitirían modificar las condiciones del interior y mejorarlas.
Ropa y calzado En la industria textil la impresión 4D también encuentra su lugar. La posibilidad de imprimir zapatos que se adapten al movimiento, el impacto, la temperatura y la presión atmosférica es una posibilidad. El ejército de Estados Unidos ya ha hecho una incursión en este campo y ensaya unos uniformes que cambian de color según el entorno o regulan la transpiración dependiendo del pulso del soldado o la temperatura ambiente.
Aeronáutica y automoción La NASA desarrolló una tela metálica inteligente con la impresión 4D. Este tejido, que ya se emplea en los trajes de astronautas por su naturaleza aislante, podría servir además para proteger naves espaciales y antenas contra el impacto de meteoritos. Por su parte, Airbus prueba materiales que reaccionan al calor para enfriar los motores de sus aviones.
Fuente: Filament2print