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31 de Marzo de 2021
Ciencia de materiales

De 2D a 3D con rotuladores y un fluido, y sin impresora

Un método que emplea técnicas sencillas genera objetos en el espacio sin impresoras 3D. Usa tinta de rotuladores y agua. Y un poco de química.

Así se convierte una tinta sobre un soporte en un objeto en el espacio tridimensional [Song et al., Sci. Adv. 2021; 7: EABF3804].

Formar objetos tridimensionales a partir de una pintura plana: ahora es posible gracias a un procedimiento ideado por Jiyun Kim, del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan, de Corea del Sur, y sus colaboradores. Como cuenta el grupo en Science Advances, esas estructuras consisten en una película de tinta que, tras ser aplicada sobre un sustrato, se levanta al ser sumergida en un líquido y se endurece químicamente. La tensión superficial adhiere una parte de la película al líquido, y cuando este sube de nivel va de ese modo arrastrándola consigo, mientras que en otros puntos la tinta sigue conectada al soporte. Así, una figura sobre un sustrato se convierte en una estructura que se curva en el espacio, sin soporte. Son limitadas las formas que se pueden generar con este método, reconocen Kim y sus colaboradores, ya que se ejecuta con técnicas muy sencillas.

Los componentes que se usan son artículos corrientes. La película que se levanta hasta volverse tridimensional se basa en una resina de butiral de polivinilo (PVB), componente, por ejemplo, de la tinta de los rotuladores de pizarra comerciales. Al secarse, como contiene ademås sustancias tensoactivas, se convierte en una película hidrófoba. Esta propiedad es la que permitirá que se levante en el segundo paso del procedimiento: cuando se cubre con agua la figura pintada, las fuerza capilares hacen que el agua se infiltre entre la tinta y el sustrato, y entonces la capa de PVB, por los tensoactivos, se desprende del sustrato. Para que de esa forma se cree una figura tridimensional es necesario que una parte permanezca adherida al sustrato; a ese fin, se usa en ella tinta a la que se le han retirado los tensoactivos.

Si se vierte más líquido para que suba su nivel, la superficie que ya no está adherida al sustrato se levantará desde este, arrastrada por la tensión superficial. Sin embargo, la estructura tridimensional es todavía muy frágil y solo se aguanta por el fluido. Por eso, Kim y sus colaboradores idearon un tercer paso. Emplearon tinta con micropartículas de hierro y agua que contenía monómeros y persulfato de potasio; este reacciona con el hierro y se crean así unos radicales libres que llevan a que los monómeros se polimericen sobre la película de PVB, lo cual deja a esta recubierta de una capa fina y estable de hidrogel, gracias a la cual la estructura tridimensional se mantiene aun sin el agua.

El equipo de científicos ha mostrado también que es posible automatizar esta técnica y que funciona para tamaños de entre unos milímetros y varios decímetros.

Lars Fischer

Referencia: «Direct 2D-to-3D transformation of pen drawings», de Seo Woo Song et al., en Science Advances,  24 de marzo de 2021: volumen 7, número 13, eabf3804.

Pueden verse diversos vídeos relacionados con esta noticia en Science Advances.

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