Un nuevo método para formar materiales poliméricos con luz mejorará la resolución de la impresión 3D

La impresión 3D es una tecnología cada vez más extendida y de más fácil alcance. Normalmente, consiste en la formación de materiales poliméricos sólidos en una región determinada, ya sea mediante la extrusión de polímeros ya formados o por la formación de estos in situ a partir de sus correspondientes monómeros, las moléculas que los conforman. A pesar de todo, estas técnicas suelen presentar ciertos inconvenientes, como largos tiempos de impresión o una resolución baja que impide imprimir materiales de medidas micrométricas. Para resolver estos inconvenientes, la formación de polímeros mediante la irradiación con luz podría ser una buena solución, puesto que estas reacciones acostumbran a ser más rápidas y se pueden inducir con un buen control espacial y temporal.
La mayoría de los procesos de formación de materiales poliméricos inducidos con luz tienen lugar bajo irradiación con una única fuente de luz, hecho que limita la precisión en el tiempo y el espacio con que se llevan a cabo. Por ejemplo, en algunos casos los reactivos fotoactivados se difunden fuera de la zona iluminada y en otros su tiempo de vida puede ser más elevado que el tiempo de irradiación, y todo esto limita la resolución espaciotemporal del proceso de fotopolimerización. Además, la resolución espacial máxima con que los sistemas reactivos pueden ser irradiados usando óptica convencional está limitada por difracción, lo cual impide que este tipo de reacciones se puedan confinar a escala nanométrica.
Para superar estos obstáculos, varios grupos de investigación han propuesto controlar las reacciones de formación de polímeros con luz mediante dos fuentes de luz de colores diferentes, lo cual permite desarrollar nuevas técnicas litográficas y de impresión 3D con prestaciones mejoradas. Es una solución prometedora, pero el número de reacciones de este tipo que existen actualmente es muy reducido.
Unos investigadores del Departamento de Química de la UAB encabezados por el profesor Jordi Hernando, en colaboración con el grupo del profesor Christopher Barner-Kowollik, de la Universidad de Tecnología de Queensland (Australia), han desarrollado una nueva reacción de fotocurado de polímeros que se controla mediante dos colores de luz de manera antagonista: se utiliza un haz de luz de un color para promover la reacción de formación del material polimérico sólido y un haz de luz de otro color para pararla.
Se trata de un proceso de fotocurado que tiene lugar por un proceso químico denominado cicloadición oxo-Diels-Alder entre dos reactivos diferentes. «Por un lado, utilizamos prepolímeros que se activan con luz ultravioleta, y, por el otro, agentes de curado que pasan de un estado reactivo a uno no reactivo según si son irradiados con luz ultravioleta o roja», explica Jordi Hernando.
Con el nuevo método desarrollado por los investigadores de la UAB se pueden utilizar haces de luz con patrones de irradiación diferentes de forma que el fotocurado de la resina polimérica tenga lugar en la zona que se ilumina solo con luz ultravioleta, mientras que no se forma material sólido en la zona iluminada con ambos colores, lo que permite delimitar con precisión el área donde se solidifica el polímero. Con este sistema los investigadores han podido obtener en el laboratorio materiales sólidos poliméricos con formas controladas con resoluciones inferiores a un milímetro. «Ahora estamos explorando el uso de esta nueva metodología para mejorar las prestaciones de los procesos de impresión 3D y llegar a resoluciones submicrométricas, un paso que será significativo para esta tecnología», avanza Jordi Hernando.
En la investigación también han participado los investigadores del Departamento de Química de la UAB Arnau Marco, Marc Villabona, Gonzalo Guirado y Rosa M. Sebastián, y han contado con la colaboración de investigadores del Instituto de Nanotecnología (INT) de Karlsruhe (Alemania) y de la Universidad de Tecnología de Queensland (Australia). El trabajo se ha publicado recientemente en la revista Advanced Functional Materials.