NATURALEZA

No se dañó ningún árbol para imprimir en 3D esta pieza de madera

Los científicos acaban de mostrar cómo imprimir madera plana en 3D para que luego se transforme en una forma compleja deseada. El truco: confiaron en lo que podría haber sido un obstáculo: la tendencia de la madera húmeda a deformarse a medida que se seca.

Esto va más allá de la impresión 3D, dice Shlomo Magdassi. Estudia nanoquímica en la Universidad Hebrea de Jerusalén, Israel. Su equipo imprime objetos que cambian con el tiempo o en respuesta a algo. Eso convierte esto en una impresión en cuatro dimensiones o 4-D.

Las plantas inspiraron el trabajo, señala el miembro del equipo Doron Kam, que también trabaja en la Universidad Hebrea. Algunas vainas se encogen, se retuercen y se abren mientras se secan, derramando su carga. Esa acción de torsión se debe a cómo las fibras leñosas de las vainas se alinean a nivel microscópico. Y eso, dice Kam, “podemos imitarlo”.

Los investigadores primero tuvieron que descubrir cómo hacer que las fibras de madera se alinearan de la manera deseada. Para ello, recurrieron a la madera triturada, conocida como “harina” de madera. Lo humedecieron en una pasta para hacer la tinta para su impresora 3D.

El equipo imprimió sus formas a diferentes velocidades y usando diferentes patrones para depositar la tinta. Después de cada prueba, Kam dice: «Vemos cómo se seca». En el camino, aprendieron a imprimir en 3D una estructura similar a una vaina que se transforma a sí misma. Describieron su técnica en la edición de febrero de 2022 de Polímeros.

Ofrecieron incluso más detalles sobre cómo controlar el cambio de forma de la tinta de madera el 23 de agosto. Estaban presentando su trabajo en Chicago, Ill., en la reunión de otoño de la American Chemical Society.

una foto de vainas de glicinia americanas que muestran cómo la madera se rizaba en forma de espiral mientras se secaba
Estas vainas difusas de glicina americana (glicina frutescens) se rizaron solo cuando se secaron. Este cambio de forma se debe en parte a la estructura de la madera de las vainas. Cápsulas como estas inspiraron algunas de las técnicas utilizadas en la nueva madera impresa en 3D.Dcrjsr/Wikimedia Commons (CC BY 3.0)
una pila de tiras de madera curvas impresas en 3D
Estas estructuras impresas en 3D fueron diseñadas para funcionar como vainas en la naturaleza, que se abren a medida que se secan. Las estructuras eran planas cuando se imprimieron por primera vez. A medida que se secaron, se deformaron en estas formas.kam et al/ Polímeros 2022 (CC POR 4.0)

¡Vaya, más despacio!

La velocidad de impresión, aprendió el equipo, juega un papel importante. La impresión rápida hace que una tira plana de tinta de madera impresa se curve más cuando se seca. La impresión más lenta conduce a rizos más sueltos. ¿Por qué? La colocación rápida de la tinta hace que las fibras de madera se alineen más rectas, explica Kam. Y eso cambia la forma en que se curvan a medida que se secan.

También fue fundamental la dirección en que se colocó la tinta. Por ejemplo, un disco plano impreso con círculos concéntricos se deformará de manera diferente a un disco impreso con líneas rectas. En conjunto, estos factores permiten a los ingenieros programar la forma del objeto seco.

una foto de una carga de frutas de palma en un huerto
Estos frutos de palma cosechados en una plantación en Malasia se procesarán para producir aceite de palma. Una gran cantidad de desechos vegetales quedan después de la producción de este aceite.Bloomberg Creative/Bloomberg Creative Fotos/Getty Images

“Es bueno ver que también observaron el efecto de la gravedad en el cambio de forma general”, dice André Studart. Si desea imprimir estructuras grandes, dice, eso es importante. Es científico de materiales en ETH Zurich en Suiza. A Studart también le gusta que la tinta provenga de «residuos de madera», no de madera. Eso significa que no se talaron árboles para estos productos.

A Athanasia Amanda Septevani también le gusta eso. Este científico de materiales señala que hay muchos desechos que podrían encontrar nuevos usos de esta manera. Considere la industria del aceite de palma. Septevani trabaja en India en la Agencia Nacional de Investigación e Innovación en Indore, Madhya Pradesh. Los frutos de las palmeras en Indonesia, donde creció, se trituran para hacer aceite. Cada tonelada de aceite de palma genera alrededor de una tonelada de desechos vegetales (en forma de frutos de palma vacíos y granos triturados). “El desperdicio es enorme”, dice ella. Pero el nuevo estudio apunta al valor de encontrar un uso para tales desechos.

La nueva tinta está hecha de harina de madera y “una especie de pegamento”, dice Magdassi. Incluso el pegamento proviene de desechos de madera. Estos son nanocristales, «muy pequeños, con forma de aguja de celulosa», explica Septevani. La celulosa, señala, también constituye alrededor del 40 por ciento de los desechos de aceite de palma.

Los nanocristales de celulosa en la tinta “nos permiten usar menos agua”, dice Kam. Eso proporciona un mejor control sobre la forma que tomará la madera impresa cuando se seque.

un diagrama que muestra el proceso que hace que la madera impresa en 3D se seque en forma helicoidal
Esta ilustración muestra la composición de la tinta de madera utilizada para la impresión 3D. Mientras se seca, la alineación de las fibras de madera hace que su forma rectangular inicial se tuerza en una hélice.kam et al/ Polímeros 2022 (CC POR 4.0)

Todavía un trabajo en progreso

Kam espera que esta tecnología pueda cambiar la forma en que las personas construyen cosas. La mayoría de los fabricantes intentan hacer cosas, «como un ladrillo», que duren el mayor tiempo posible, dice. Pero no es así como funciona la naturaleza. Los organismos crecen, mueren y se pudren. Esto permite que sus componentes básicos se reutilicen para crear nuevos organismos.

Los materiales de su equipo también son reutilizables. Kam dice que puedes «tomar cualquier madera vieja». Tal vez una silla vieja o una cómoda de dormitorio. En lugar de tirarlo a la basura, triture su madera y reutilice el aserrín (harina) para hacer algo nuevo.

Kam espera que algún día, no cortemos nuestros árboles para hacer sillas nuevas, sino que imprimamos una nueva en 3D. “Te sientas en él durante tres o cuatro años”, dice. Cuando te canses de él, simplemente tritúralo e imprime algo nuevo.

Este video muestra el proceso de impresión en 3D de formas planas de madera que se transforman en estructuras tridimensionales complejas.

Esta es una de una serie que presenta noticias sobre tecnología e innovación, posible gracias al generoso apoyo de la Fundación Lemelson.

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