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La columna de ISA Sección Española

AEI 520 - Automatización e impresión 4D

Ubaldo degano 33076
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La impresión 3D está entre esas tecnologías para las que el Instituto Garter prevé un fuerte impulso en los próximos años. Además, empieza a sonar con fuerza la impresión 4D.


Si la impresión 3D tiene el foco puesto en las técnicas de fabricación, la 4D está enfocada a la funcionalidad de los materiales. La impresión 4D viene a dar a los productos impresos capacidad de transformación otorgando a los materiales características de adaptación acorde a las condiciones del entorno. La impresión 4D es un paso más para dotar de “inteligencia” a los objetos permitiendo programar los materiales para que doten al objeto de las funciones deseadas.


La impresión 4D permitirá imprimir e integrar materiales inteligentes para combinar la captación de señales, su conducción y la actuación. El resultado dotará al conjunto de las características de un sistema con funcionalidades superiores fabricados con procesos más ágiles y simples. Al ahorro en tiempo y dinero de la producción de estos sistemas su unirá una mejora en el funcionamiento, la precisión y el tiempo de respuesta del conjunto


Uno de los sectores en los que más proyección y crecimiento de la impresión 4D se espera es el quirúrgico. La fabricación de implantes o prótesis con impresión 3D, que son una ya realidad, verá un crecimiento de la mano esta nueva técnica.


No son muchos los materiales válidos para aplicar esta tecnología. Entre los mismos podemos encontrar polímeros como los SMP (Shape Memory Polymers) o elastómeros como los LCE (Liquid Crystal Elastomer).


Las tecnologías de impresión 4D son similares a las 3D, añadiendo esa cuarta dimensión que puede implicar la impresión simultánea de dos materiales o la reconfiguración de la estructura interna por calentamiento y enfriamiento durante el proceso.


Parece inevitable adivinar que la impresión 4D puede revolucionar el mundo de la automatización y el control.


Las capacidades de transformación y adaptación de estos materiales encajan en muchas aplicaciones, incluyendo la robótica soft o las estructuras transformables (Morphing Structures).


Los nuevos desarrollos en materiales integrando partículas magnéticas de matriz polimérica pueden proporcionar un fuerte impulso a esta tecnología. El calentamiento inductivo suaviza la matriz mientras las partículas con perfiles de magnetización reprogramables provocan el cambio de forma rápidamente y de modo reversible bajo campos magnéticos de accionamiento. Una vez enfriada, la forma alterada se puede bloquear. Por su parte, la variación de las cargas de partículas facilita un accionamiento secuencial.


Los actuadores de elastómeros dieléctricos son otra fuente de interés para funcionar en dispositivos robóticos, electrónicos, industriales o biomédicos. El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado una nueva familia de actuadores basados en una matriz elastomérica en la que se encuentra disperso un cristal líquido en forma de gotas. Estos actuadores responden de modo reversible y controlable ante un estímulo externo llegando en algunos casos a mejorar hasta 10 veces la capacidad de actuación con respecto a la matriz base, mejorando a otros actuadores dieléctricos presentes en el mercado ya que, frente a la gran demanda de voltaje de estos últimos, mejoran notablemente su capacidad de actuación a bajo voltaje.


Aún a pesar del limitado desarrollo de esta tecnología y la complejidad asociada al diseño y los materiales involucrados en la misma, la impresión 4D viene a quedarse en el sector industrial. Dotar a los materiales de inteligencia tendrá probablemente más problemas regulatorios que tecnológicos.


Referencias:
https://www.3dnatives.com
https://www.ey.com
https://onlinelibrary.wiley.com
https://www.lboro.ac.uk
http://www.ictp.csic.es



Ubaldo Dégano
Miembro Grupo Industria Conectada 4.0 ISA España


Este artículo aparece publicado en el nº 520 de Automática e Instrumentación, págs. 16 y 17.

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