La fabricación por adición de materiales cerámicos entra en una nueva dimensión
El proyecto financiado con fondos europeos CerAMfacturing ha desarrollado un método totalmente nuevo para la FA de múltiples materiales cerámicos. «Al facilitar la producción en serie de componentes personalizados y multifuncionales para aplicaciones muy distintas, se pueden obtener combinaciones de propiedades que anteriormente eran incompatibles, tales como componentes con conductividad y aislamiento eléctrico, densidad y porosidad o bicolores», explica el doctor Tassilo Moritz del Instituto Fraunhofer de Tecnologías y Sistemas de Cerámica (Fraunhofer IKTS) y coordinador del proyecto. Distintos procesos de producción para una amplia gama de productos Los investigadores desarrollaron tres métodos de FA de sistemas poliméricos a medida para fabricar componentes cerámicos multifuncionales: fabricación con filamento fundido (FFF), impresión 3D termoplástica (T3DP, por sus siglas en inglés) y fabricación de productos cerámicos basada en litografía, ahora conocida como fotopolimerización en cubeta (VPP, por sus siglas en inglés). Todos los procesos poseen sus usos y aplicaciones específicos. Con la FFF, por ejemplo, se pueden producir rápidamente componentes grandes y complejos con materiales muy eficientes. La T3DP resulta especialmente útil para un enfoque que emplea varios materiales y aplica microgotas en suspensión para la fabricación relacionada con puntos. En cambio, la VPP utiliza la aplicación de capas de una suspensión cerámica endurecible con luz que puede ser sinterizada posteriormente para obtener una densidad completa. El equipo de CerAMfacturing desarrolló cinco componentes para casos prácticos muy distintos: una almohadilla térmica de infrarrojos, un implante espinal, un implante parcial de rodilla, una microaguja de cirugía y un reloj personalizado. Personalizados y únicos En un primer momento, los datos de espectroscopia por resonancia magnética se transfieren a archivos de diseño asistido por ordenador (CAD) para producir implantes médicos específicos para cada paciente como implantes de rodilla o espinales, agujas de cirugía y aparatos terapéuticos. Según la anatomía y las necesidades de los clientes, el equipo elige el material o las combinaciones de materiales deseadas, así como la tecnología de FA adecuada para producir los componentes del caso práctico. Además, se desarrollaron nuevos materiales cerámicos o filamentos rellenos de partículas de metal, suspensiones y materias primas para distintos procesos de FA. Las tres máquinas de FA recién desarrolladas para el uso de múltiples materiales en la VPP, la FFF y la T3DP se probaron con éxito en un taller del proyecto llevado a cabo en la segunda mitad del período del proyecto organizado por el Fraunhofer IKTS y en un taller sobre materiales híbridos y procesos de fabricación por adición (HyMaPro) que tuvo lugar una vez finalizado el proyecto con el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Haces (Fraunhofer IWS). El vídeo del proyecto muestra estas tres máquinas. Además, recientemente se han publicado tres películas distintas en la videorrevista «Journal of Visualized Experiments» (JoVE). Resolución de imprevistos La almohadilla térmica de infrarrojos prevista en un primer momento resultó ser demasiado ancha para su fabricación mediante las tres vías de AF y se sustituyó por una almohadilla térmica de infrarrojos mucho menor con una estructura cerrada de carácter meándrico. Para otro problema debido al coeficiente de expansión térmica incompatible de la combinación inicial de materiales, se eligió una nueva combinación de acero inoxidable y circonio. El futuro de la FA de materiales cerámicos El doctor Moritz destaca: «La personalización es una de las cuestiones importantes que deben abordarse. El proyecto CerAMfacturing ayudó a mostrar a una comunidad más amplia las oportunidades que presentan las técnicas de AF para la individualización o personalización de productos médicos o de consumo. La individualización de productos de consumo para propiciar un estilo de vida más sofisticado está «de moda» y la técnica de AF protegerá este tipo de productos de la falsificación y el contrabando. Se han presentado dos solicitudes de patente basadas en los resultados del proyecto. Para divulgar el conocimiento de los resultados del proyecto CerAMfacturing con fines de comercialización, «CerAM» junto con los tres métodos de FA desarrollados se registrarán con las siguientes marcas: CerAM FFF, CerAM T3DP y CerAM VPP. «El proyecto abrirá la puerta a la hibridación de materiales y procesos, y realizará una contribución destacable a la comunidad científica sobre la combinación de distintos materiales mediante métodos de AF», concluye el doctor Moritz.
Palabras clave
CerAMfacturing, cerámica, métodos de FA, implante, fabricación por adición, quirúrgico, múltiples materiales, almohadilla térmica de infrarrojos, fabricación con filamento fundido, impresión 3D termoplástica, fabricación de productos cerámicos basada en litografía, fotopolimerización en cubeta