La impresión 3D, como ya hablamos en el artículo sobre la fabricación aditiva, nos ha acompañado más tiempo del que podemos llegar a pensar.
Nada más y nada menos que tres décadas lleva ya con nosotros, desde que el padre de esta teconología, Chuck Hall, abriera el camino en muchos aspectos clave de nuestras vidas a día de hoy gracias a la tecnología de la estereolitografía, que fue como comenzó todo.
Este tipo de tecnología se ha estado utilizando en la industria de fabricación para producir entre otras cosas, juguetes, herramientas, electrodomésticos, etc. Otras áreas de aplicación incluyen la industria electrónica, automotriz, aeroespacial así como la construcción. Incluso la industria médica se beneficia de esta tecnología para crear audífonos, prótesis e incluso tejido humano.
La impresión 3D es el núcleo de muchas iniciativas de investigación, desde la recreación de las características faciales de las víctimas de quemaduras hasta la impresión de alimentos, entre otras muchas cosas. Revolucionario e increíble; sí.
Pero, ¿Y si os dijeramos que existe otra teconología que escala a un nivel mucho más alto y sorprendente que la anterior mencionada? Os presentamos la impresión 4D.
¿Qué es la impresión 4D?
La impresión 4D, cuyo precursor es el diseñador y científico Skylar Tibbits, se define como un término que se emplea para describir el auto-ensamblaje de materiales. Ello implica que un material inteligente puede, después de fabricado, cambiar su forma con el tiempo.
Al agregar este concepto de «tiempo» al proceso de impresión en 3D, las técnicas de impresión 4D pueden crear estructuras que anteriormente fabricadas únicamente en 3D son capaces de actuar (y de reaccionar) en formas preprogramadas para diferentes estímulos. Como por ejemplo, flexión o realizar un cambio de tamaño cuando se aplica determinada temperatura.
Esto es posible porque estos materiales inteligentes están preprogramados con código. Este código determina la dirección, el número de veces y los ángulos en los que el material compuesto puede curvarse, doblarse, expandirse, flexionarse o contraerse. El grado en que el material es capaz de cambiar de forma también depende de la ubicación y la orientación de las fibras dentro de estos materiales compuestos.
La impresión 4D es indudablemente un nuevo cambio de paradigma tecnológico dentro de la industria 4.0. Tiene tantas aplicaciones como su homólogo 3D, pero es exponencialmente más inteligente.
Aplicaciones de la impresión 4D
Cómo podemos apreciar en la imagen de arriba, podemos ver de manera muy simple un ejemplo de una impresión en 4D. Sin embargo, aunque éste no se caracteriza por una gran complejidad, podemos prever un gran potencial en esta tecnología como explicaremos a continuación.
Una aplicación práctica en el mundo real de ello, sería por ejemplo, la de un sistema de tuberías que cambiaran dinámicamente su diámetro en respuesta a la tasa de flujo y la demanda de agua. Estas canalizaciones posiblemente podrían curarse automáticamente en caso de rotura, debido a su capacidad de cambiar en respuesta a los factores del entorno donde se encuentre.
Esta tecnología sería aún más útil en proyectos de gran escala. Por ejemplo, en ambientes extremos, como el espacio. Hoy en día, el proceso de impresión 3D para la construcción lleva consigo todavía algunos problemas relacionados con los costes, la eficiencia y el consumo de energía. Es por ello que, en lugar de utilizar materiales impresos en 3D, los materiales impresos en 4D podrían utilizarse para aprovechar su forma transformable. Podrían proporcionar la solución para construir puentes, edificios o cualquier tipo de instalación, ya que se autoensablarían ellos mismos o se repararían en caso de daños climáticos.
Otra de las innovadoras aplicaciones y con más proyección es la de la impresión 4D aplicada a una escala muy pequeña, en sectores como el de la medicina. Las proteínas impresas en 4D podrían ser una gran aplicación. Skylar Tibbits explica que serían como pequeños robots, pero que no hay microprocesos ni motores. Este tipo de tecnología trabajando en conjunto con la ya conocida tecnología del Internet de las Nano Cosas (IoNT), podría cambiar de manera revolucionaria este sector tal y como lo conocemos hoy en día.
Finalmente la “ropa inteligente” pronto podría tener un significado completamente diferente gracias a esta tecnología vanguardista. Hasta hace poco, las impresoras 3D solo podían imprimir objetos rígidos. La tecnología de impresión 4D lleva esto un paso más allá con la creación de vestidos impresos en 4D con la capacidad de moverse como un tejido real al adaptarse a los movimientos cambiantes del cuerpo del usuario. Tambien para el desarrollo de calzado inteligente que puede adaptarse a condiciones externas tales como movimiento, impacto, temperatura y presión atmosférica.
¿Cómo beneficiará la impresión 4D a las empresas?
De acuerdo con un nuevo informe llamado: “4D Printing Market by Material (…) – Global Trends & Forecasts to 2019 – 2025” publicado por MarketsandMarkets, se espera que el mercado total alcance los 537 millones de dólares para el 2025.
Hoy en día, es esencial para las empresas reducir los costes de producción y fabricación en el actual entorno empresarial para poder competir, donde dicha reducción marca de manera drástica la posición de dicho negocio dentro del sector.
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La tecnología de impresión 4D, basada en la tecnología de impresión 3D, implica un nuevo modelo para satisfacer las necesidades de las empresas actuales, reduciendo el requerimiento de capital, además del tiempo de lanzamiento al mercado y facilitando una menor necesidad de mantener un inventario, aumentando así la eficiencia del negocio.
Además, la capacidad del auto-ensamblaje y transformación de los objetos impresos en 4D permite una disposición posterior al uso del objeto, ya que reacciona ante los estímulos externos, lo que ayuda a mantener un entorno sostenible en la situación actual donde los recursos son limitados.
Este informe también cubre las industrias clave de los usuarios finales del mercado de impresión 4D, incluidas las industrias aeroespacial, automotriz, moda, construcción, defensa y militar, sanidad y servicios públicos. De todos los sectores, se espera que el ejército y la defensa sean los que más contribuyan al mercado general de impresión 4D para el año 2025. Se espera que la industria aeroespacial siga al sector militar y de defensa, representando una cuota de mercado del 30% del mercado total para el año 2025.
En conclusión
Si bien la impresión 4D está logrando atención fuera de los laboratorios, para muchos, el concepto sigue siendo todavía muy extraño. En resumen a todo lo anterior, la impresión 4D se inspira en la capacidad de la naturaleza para alterar la forma, autorrepararse y autorreplicarse en respuesta a condiciones ambientales externas como la luz solar, la humedad o la temperatura. Aunque según los informes, tendremos que esperar un poco, ya que no empezará a comercializarse hasta el año 2019.
La mayor innovación de esta tecnología es que los materiales inteligentes tienen la increíble capacidad de incorporar la información preprogramada que necesitan para ensamblarse. Esto permite que los materiales aprendan a responder dinámicamente a su entorno. La impresión 4D podría cambiar el mundo, de hecho, ya lo está haciendo. Ya se han desarrollado muchas técnicas científicas interesantes para producir estructuras que cambian de forma, incluso tejido vivo.
Como ya hemos visto anteriormente, las industrias que pueden beneficiarse especialmente del uso de los materiales compuestos adaptativos utilizados en la impresión 4D son muy diversas. El material para la ropa, los neumáticos y los zapatos podría programarse para responder a las condiciones climáticas cambiando su permeabilidad o su agarre. Los automóviles podrían programarse para aumentar o disminuir automáticamente la velocidad modificando sus componentes aerodinámicos. Los muebles se pueden imprimir para ensamblar automáticamente. Las posibles aplicaciones son tan increíbles e ilimitadas como nuestra imaginación.
