La impresión 4D, una nueva dimensión para los polímeros.

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La impresión 4D, una nueva dimensión para los polímeros

La Impresión 4D permite crear objetos que se hacen así mismos. Se trata de una evolución de la impresión 3D. Esta tecnología emergente puede revolucionar el mundo del plástico y sus funcionalidades. Te contamos más detalles sobre qué es y como se puede llegar a aplicar en importantes sectores como la salud o la construcción.


Una de las tecnologías que más se ha desarrollado en los últimos años es la impresión 3d. Ésta también se conoce como fabricación aditiva que consiste en la creación de formas geométricas personalizadas. Con la Impresión 4D se da un paso más allá en esta técnica y se introduce el factor tiempo, la cuarta dimensión de Einstein en su teoría de la relatividad de 1905.

Objeto impreso en 3D

La Impresión 4D representa una gran innovación de la primera. Principalmente a diferencia de la 3d, permite que el objeto impreso cambie de forma y adquiriera propiedades inteligentes debido a agentes externos como la temperatura o la luz. Te contamos más detalles sobre qué es y como se puede llegar a aplicar en importantes sectores como la salud o la construcción.

¿Qué es y cómo funciona la impresión 4d?

La Impresión 4D nace en 2013. Es entonces cuando el término comienza a introducirse en el laboratorio de autoensamblaje MIT, Stratasys (fabricante de impresoras 3d) y Autodesk (softwares 3d).

Skylar Tibbits, el diseñador informático estadounidense, fundador de MIT acuñó el término por primera vez en una charla TED de 2013. Fue pionero en afirmar que podía darse una cuarta dimensión a la impresión 3D, además de otorgar nuevas propiedades a un material 3D capaz de evolucionar con el tiempo por sí solo, sin intervención humana. En su discurso explicaba como se podía imprimir un objeto que podría cambiar sus propiedades al exponerse a factores externos como la vibración, la humedad, la luz o el calor.

Chalta TED de Skylar presentando la impresión 4D.

Esta tecnología sigue el principio de autoensamblaje, que no es un concepto nuevo. El autoensamblaje molecular de objetos para formar estructuras más complejas por sí solos, es muy utilizado en nanotecnología. Con la impresión 4D este principio se lleva a una escala más grande, si es posible ensamblar por sí mismas pequeñas estructuras, por qué no hacerlo con estructuras de mayor tamaño.

Un objeto impreso en 3D mantiene su forma, pero con la impresión 4D cambia no solo la forma, sino también otras características como el color, o el tamaño. Utiliza materiales de la industria que ya se conocen y que poseen propiedades inteligentes, de manera que pueden programarse para modificarse una vez expuestos a factores externos, como la temperatura. Como el código de un ordenador, el material impreso posee las instrucciones.

En este sentido Bastien E. Rapp, presidente del NeptunLab, laboratorio de tecnología de procesos, afirma que “La impresión 4D es la forma funcional de la impresión 3D. En lugar de imprimir solo estructuras físicas, ahora podemos imprimir funciones. Es como incorporar un fragmento de código en un material: una vez activado, logra hacer lo que has programado”.

Impresión 3D y 4D y Nanotecnología – Singularity University NL

En definitiva, la Impresión 4D es una forma funcional de impresión 3D. Más allá de imprimir estructuras físicas se imprimen funciones. Digamos que se incorporan códigos al material y al activarse logra que la pieza reaccione para lo que ha sido diseñada o programada.

Qué materiales plásticos se utilizan.

La impresión 3D cuenta con múltiples materiales, entre los que encontramos numerosos tipos de polímeros, pero no es así en la Impresión 4D. Y es que aunque promete una evolución rápida, esta última tecnología acaba de aparecer en escena. Sin embargo aunque existe un menor número de polímeros, estos son especialmente innovadores. En la actualidad, existen tres familias de polímeros que han cautivado la atención de la industria y que podrían ser compatibles con la impresión en 4D:

Foro Económico Mundial – Impresión 4D
  • Polímeros con memoria de forma, PMF. Son materiales que memorizan una figura exterior macroscópica y la conservan durante un tiempo determinado para después volver a su forma de origen ante un estímulo externo como pude ser el agua, un campo magnético, o el calor.
  • Elastómeros de cristal líquido, LCE. Estos contienen cristales líquidos sensibles a la temperatura que pueden ser controlados en la orientación. Así, los objetos impresos con este polímero adoptan una forma definida bajo los efectos del calor. Se trata exactamente de programar un objeto para que se mueva de una manera concreta según lo que se quiera de él.
  • Hidrogeles, cadenas de polímeros elaborados fundamentalmente de agua. Por su grado de biocompatibilidad se centran en el campo de medicina, y son utilizados en procesos de foto-polimerización.

Algunas piezas utilizadas en la impresión 4D pueden constar de varios materiales combinados, compuestos con madera o carbono que se incorporan a los polímeros con memoria de forma y también hidrogeles. Así resultan objetos con algunas partes rígidas y otras que se encargan de moverse.

Para qué sirve esta tecnología.

Aún se están explorando las posibles aplicaciones de la Impresión 4D, por lo que describimos a continuación funciones que se preveen podrían realizar estos objetos en diversos campos como la medicina, la construcción o la moda.

  • Si imaginamos un objeto que puede adquirir cualquier forma, esta tecnología puede ser crucial en el sector de la construcción para levantar estructuras ajustadas a los factores del clima. Una de las ideas con las que Skylar exponía las utilidades de la impresión 4D era hacer tuberías inteligentes que cambiaran de forma según el volumen del agua, o ante cualquier fenómeno del subsuelo. Esto evitaría tener que desenterrarlas y sustituirlas, un proceso de alto coste y dilatado en el tiempo.
  • La medicina es uno de los sectores más interesados en la impresión 4D, ya que permite crear dispositivos inteligentes, a medida, y en transformación. Por ejemplo en fabricación de estructuras celulares e implantes. Esta tecnología permite a las células adaptarse al cuerpo humano según la temperatura. Por lo que una de sus principales aplicaciones están en la ingeniería de tejidos, y la medicina regenerativa, por ejemplo puede reproducirse un vaso sanguíneo muy parecido al de una organismo vivo. Además, podemos hablar de medicamentos impresos en 4D, ya que podría liberar la sustancia en el cuerpo atendiendo por ejemplo a su temperatura, si se produce fiebre
  • El sector del transporte, en el campo de la automoción y la aviación. En el primer caso, recientemente BMW junto a el MIT presentaron un material inflable, que cambia de tamaño y forma por pulsaciones de aire. Permitiría diseñar neumáticos capaz de repararse solos o adaptarse a un clima extremo. Respecto a las aviones, un material impreso en 4D es susceptible de reaccionar a la presión atmosférica y cambios de temperatura, por lo que podría cambiar también su función. Desde Airbus aseguran que estos materiales podrían sustituir bisagras, activadores hidráulicos, o simplificar dispositivos.
  • En general esta tecnología permite un alto grado de personalización, ya que pueden programarse las piezas según necesidades específicas. Por ejemplo, ropa que se adapte la forma de nuestro cuerpo, o muebles que se pliegan o despliegan para ajustarse al espacio.
Impresión 4D – Singularity University NL

La impresión 4D tiene un futuro muy prometedor, aunque todavía con limitaciones, por ejemplo las relacionadas con la resistencia de los materiales al tiempo, o si son capaces de continuar cumpliendo sus funciones a lo largo de los años. Desde Neptunlab, aseguran “Como este es un tema bastante complejo que requiere muy buen material y control de fabricación, es posible que no esté tan ampliamente disponible y accesible como la impresión 3D en sí misma. Pero esto tendrá un impacto significativo en la industria. Pasarán algunos años más antes de que esta tecnología inunde el mercado”.