La nueva sala de conciertos de Hamburgo abrió a fines del año pasado para recibir elogios de los críticos de arquitectura de todo el mundo. La estructura elevada tiene una fachada de unos 2.000 paneles de vidrio planos y curvos, que dan la impresión de una ola a punto de romperse. Pero el proyecto se retrasó seis años y superó el presupuesto en cientos de millones de euros, con algunos de los excedentes debido a la antigua técnica de moldeo que consume mucho tiempo y que se usa para curvar los paneles de vidrio.
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Pero, ¿qué pasaría si los paneles de vidrio simplemente hubieran sido impresos con una impresora 3D?
Hasta ahora, esto no hubiera sido posible en absoluto. Los materiales de impresión 3D más utilizados son los polímeros, y existen técnicas para imprimir metales, cerámicas, hormigón, medicamentos e incluso alimentos. Pero el vidrio ha estado casi ausente de la ecuación.
"El vidrio es uno de los materiales más antiguos que ha utilizado la humanidad, y es sorprendente ver que la revolución de la impresión 3D del siglo XXI ha ignorado el vidrio hasta ahora", dice Bastian Rapp, investigador del Instituto de Tecnología Karlsruhe de Alemania.
El equipo de Rapp ha ideado una nueva técnica para el vidrio de impresión 3D, una que puede producir objetos de vidrio que sean fuertes y transparentes. La técnica utiliza un método tradicional de impresión 3D llamado estereolitografía. En estereolitografía, la impresora construye el objeto capa por capa usando un líquido, tradicionalmente un polímero, que se endurece cuando es tocado por una luz láser. El equipo de Rapp ha descubierto cómo hacer esto usando vidrio en polvo suspendido en un polímero líquido. Una vez que se imprime el objeto, se coloca en un horno de alta temperatura, que quema el polímero y fusiona las partículas de vidrio, dejando solo vidrio endurecido.
El vidrio impreso tiene una alta resistencia al choque térmico, como se demuestra aquí, cuando el vidrio de sílice fundido se expone a una llama de 800 grados Celsius. (NeptunLab / KIT) Aunque la técnica de Rapp no es el primer ejemplo de vidrio de impresión 3D: los investigadores del MIT desarrollaron un método para extrusionar vidrio fundido hace dos años, mientras que otros equipos han utilizado técnicas de baja temperatura que producen un producto débil y turbio, es el primero en imprimir vidrio transparente a bajas temperaturas. También es el primero en aprovechar las impresoras de estereolitografía 3D ordinarias, lo que significa que se puede usar sin mucho equipo especial.
El vidrio tiene una serie de propiedades únicas que lo hacen deseable como material impreso en 3D, dice Rapp.
"Casi no hay material que pueda estar expuesto a temperaturas tan altas como el vidrio puede estar expuesto", dice. "Y casi no hay químicos que puedan atacar al vidrio, mientras que los polímeros pueden ser degradados por la luz ultravioleta y los solventes orgánicos".
El equipo imprimió este pretzel de vidrio tridimensional. (NeptunLab / KIT) El vidrio también tiene una transparencia incomparable con otros materiales. La luz no pasa tan bien incluso a través de los plásticos más claros, razón por la cual las casas tienen ventanas de vidrio, a pesar de su capacidad de ruptura. Las lentes de cámara de alta calidad siempre son de vidrio por esta razón, dice Rapp, mientras que las lentes de los teléfonos inteligentes generalmente son de plástico.
"Es por eso que la calidad de la foto que toma con un teléfono inteligente de última generación en comparación con una cámara siempre es inferior", dice Rapp.
La nueva técnica podría usarse para imprimir casi cualquier cosa, dice Rapp. Podría usarse para objetos pequeños e intrincados como joyas, lentes o partes de computadoras, o para objetos grandes como ventanas. La única variable es la propia impresora.
Aquí hay una estructura tridimensional de una puerta del castillo impresa en vidrio de sílice fundido. (NeptunLab / KIT) La técnica de impresión 3D tiene ventajas sobre los métodos sin impresión de hacer modelos de vidrio pequeños, ya que no requiere grabado químico, que usa ácido fluorhídrico peligroso, y puede tener cavidades y canales cerrados, lo que no es posible en vidrio tradicional -soplo. Y potencialmente también tiene una ventaja de velocidad sobre los métodos de producción de vidrio que no son de impresión.
Para su investigación, el equipo de Rapp utilizó una impresora económica y no modificada de un tipo que podría comprar cualquier entusiasta del hogar.
"Es una plataforma tecnológica bien establecida en términos de maquinaria, y es un material bien reconocido y conocido", dice Rapp. "Lo único que hicimos fue el puente en el medio".
La investigación del equipo fue publicada este mes en la revista Nature .
Rapp ha creado una empresa para comercializar la técnica. Espera tener un primer producto en el mercado para fin de año.
