Crean una impresora 3D guiada por visión artificial

Un equipo de investigadores ha desarrollado una plataforma de impresión 3D que puede adaptar sus parámetros de impresión en tiempo real mediante un sistema de visión artificial que capta información sobre el objeto que se está construyendo. 

Un equipo de investigadores de Inkbit, una empresa derivada del MIT, y de la Escuela Politécnica Federal (EHT Zurich), ha desarrollado una plataforma de impresión 3D que puede adaptar sus parámetros de impresión en tiempo real mediante un sistema de visión artificial que capta información sobre el objeto que se está construyendo.

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Este enfoque, que los autores llaman impresión controlada por visión, aumenta la variedad de materiales que se pueden utilizar en la impresión por inyección 3D, abriendo la puerta a la fabricación de objetos complejos y compuestos por varios materiales con alta velocidad.

Fabricación aditiva

La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, es un conjunto de tecnologías que permiten producir estructuras geométricamente complejas que no se podrían fabricar mediante procesos convencionales.

Sin embargo, integrar diferentes materiales en un solo proceso de impresión 3D de alta resolución sigue siendo un desafío, especialmente para materiales que tienen propiedades muy distintas.

Impresión por inyección

La impresión por inyección es una clase de impresión 3D que se puede utilizar para hacer objetos compuestos por varios materiales a escala micrométrica.

Funciona mediante la impresión de una resina líquida a través de cientos o miles de boquillas que se pueden controlar individualmente.

En uno de los tipos más comunes de impresión por inyección, la resina depositada se endurece (cura) cuando se irradia con luz ultravioleta, lo que permite construir un objeto 3D capa por capa.

Planarización mecánica

Una limitación de la impresión por inyección es que el grosor de cada capa impresa no es perfectamente uniforme, debido a variaciones intrínsecas en el volumen de las gotas causadas por diferentes velocidades de flujo, interferencias entre las gotas inyectadas por cada boquilla y contracción de las gotas impresas curadas.

Sin ajuste, estas irregularidades se acumulan con las de las capas posteriores, lo que puede provocar defectos en el objeto resultante y, en última instancia, el fallo de la impresión.

Por ello, se requiere un proceso llamado planarización mecánica, en el que una cuchilla o un rodillo nivela la característica impresa a su grosor esperado antes de imprimir la siguiente capa.

Información topológica

Escribiendo en Nature, los autores de esta investigación informan de una plataforma de impresión 3D que puede adaptar rápidamente sus parámetros de impresión en tiempo real mediante la adquisición de información topológica sobre el objeto que se está construyendo, utilizando para ello un potente sistema de visión artificial.

Este enfoque amplía la paleta de materiales que se pueden utilizar en la impresión por inyección 3D, abriendo el camino a la fabricación con alta velocidad de objetos geométricamente complejos, compuestos por varios materiales.

El sistema de visión artificial utiliza una cámara de alta resolución y un láser para medir el perfil de la superficie impresa después de cada capa. Estos datos se procesan mediante un algoritmo que calcula el grosor óptimo de la siguiente capa y ajusta la cantidad de resina que se inyecta por cada boquilla.

De este modo, se evita la necesidad de planarizar mecánicamente la superficie, lo que reduce el tiempo de impresión y el desperdicio de material.

Breve descripción de una mano robótica que puede mover los dedos y que ha sido construida en 3D por un sistema apoyado en visión artificial. ETH Zurich.

Comprobado experimentalmente

Los autores han demostrado la versatilidad de su plataforma imprimiendo objetos compuestos por diferentes materiales, como resinas rígidas y flexibles, resinas conductoras y aislantes, y resinas magnéticas y no magnéticas.

Además, han impreso objetos que incorporan componentes electrónicos, como sensores y circuitos, y objetos que integran materiales biológicos, como células y proteínas.

Entre los ejemplos que presentan se encuentran una mano robótica que puede mover los dedos, un sensor de presión que puede detectar el tacto y un implante óseo que contiene células vivas.

Aplicaciones diversas

La impresión controlada por visión podría tener aplicaciones en diversos campos, como la robótica, la electrónica, la medicina y la biología. También podría facilitar el diseño y la optimización de nuevos materiales con propiedades a medida.

Sin embargo, los autores señalan que su plataforma aún tiene algunas limitaciones, como la necesidad de mejorar la resolución espacial y temporal de la visión artificial, la dependencia de la curación por luz ultravioleta y la dificultad de imprimir materiales con propiedades ópticas similares a las de la resina.

Estos desafíos podrían abordarse mediante el desarrollo de nuevas técnicas de visión artificial, fuentes de luz y materiales de impresión, concluyen los investigadores.

Referencia

Vision-controlled jetting for composite systems and robots. Thomas J. K. Buchner et al. Nature, volume 623, pages522–530 (2023). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-023-06684-3