¿Qué hace una impresora 4D?

Sin lugar a dudas la impresión en 3D se ha convertido en los últimos años en la gran estrella del ámbito de los proyectos de diseño de las más diversas áreas. Esto se debe a que las posibilidades que brindan las tres dimensiones han logrado llevar el diseño y la impresión 2D a un terreno mucho más amplio.

A pesar de la gran popularidad que en los últimos años ha tenido la impresión 3D debido a ello, lo cierto es que en este terreno aún queda mucho por explorar, sobre todo teniendo en cuenta los enormes avances que se han logrado con esta tecnología en relación a los materiales y procedimientos que emplea durante la última década, por lo cual no sería equivocado señalar que la impresión 3D está todavía en carrera.

De todas formas, a pesar de lo que aún le queda por crecer a la tecnología de la impresión 3D, lo cierto es que en el mundo ya se habla de la revolución de la impresión 4D, la cual puede romper los límites de todo lo que habíamos imaginado para un dispositivo de impresión físico.

Hoy, la impresión 4D es lo más moderno que podemos encontrar en el ámbito de la impresión física, y lleva mucho más allá el concepto, ya que no sólo se trata de un dispositivo que imprime cosas con formas que podemos tocar, sino que es capaz de mezclar diferentes tipos de materiales que dan lugar a otras formas más complejas. Si lo deseas, puedes saber más acerca de la impresión 4D leyendo el resto del artículo.

Qué es la impresión 4D

Lo más probable es que cuando pensemos en impresión 4D, lo hagamos pensando en el concepto espacial, pero esta idea no es del todo cierta, ya que si bien la impresión 4D continúa con el camino de imprimir objetos, y es de hecho una variación de la impresión 3D, la realidad es que posee la habilidad especial de imprimir objetos mediante materiales que se adaptan al ámbito con el cual interactúan, y según los reportes de los especialistas, en determinadas ocasiones será capaz de repararse a sí mismo en forma automática en caso de fallas o roturas.

Si bien con la impresora 4D todavía se podrán imprimir toda clase de figuras para todos los ámbitos, lo cierto es que esta tecnología fue pensada y desarrollada para dar un paso más allá de las herramientas, adornos y prótesis. El verdadero potencial de la impresora 4D se ha puesto al servicio de la ciencia y la salud.

Si tendríamos que citar la principal diferencia que existe entre la impresión 3D y la impresión 4D, deberíamos mencionar que en lo que respecta a la primera, se trata de lo que se conoce como fabricación aditiva de objetos, lo cual significa que la impresión 3D permite convertir planos digitales en objetos físicos, para lo cual se utiliza una impresora 3D y los materiales adecuados para poder construir dichos objetos capa por capa.

A diferencia de ello, si bien la impresión 4D se encuentra basada en esta tecnología, lo cierto es que en este caso se utilizan materiales especiales y diseños sofisticados, los cuales básicamente se encuentran programados con el fin de lograr que la impresión 3D cambie su forma.

Por tal motivo, podríamos decir que en líneas generales la impresión 4D es una renovación y expansión de la impresión 3D, ya que en el caso de la impresión 3D, una vez construidos los objetos ya no pueden cambiar, mientras que en la impresión 4D, al estar elaborados con materiales especiales, permiten que los objetos adquieran la cualidad de cambiar de acuerdo a las condiciones de los entornos.

Como bien sabemos, todo lo concerniente a los métodos y tecnologías de impresión han tenido hasta hace algunos años la característica de ser estática, ya que cada vez que imprimimos un documento con una impresora convencional o un objeto con una impresora 3D, ese documento u objeto no tiene la habilidad de poder cambiar su forma.

Gracias a la tecnología detrás de la impresión 4D, el concepto de impresión que conocíamos ha cambiado rotundamente, ya que hoy es posible imprimir un objeto que posea la cualidad de mutar a otras formas cada vez que es expuesto a determinadas condiciones ambientales, entre ellas la luz, la temperatura, la humedad, el frío y demás.

Por ende, básicamente podríamos decir que el concepto principal de la impresora 4D es tomar la capacidad e impresión 3D, pero añadiéndole la capacidad de hacerlo mediante materiales diversos y con capacidades especiales que le permiten entre otras cosas, transformarse, es decir que el objeto realizado mediante esta tecnología pueda variar de forma, convirtiéndose en algo diferente.

Esta capacidad puede ser aprovechada para la impresión de objetos mediante la utilización de materiales que respondan a estímulos térmicos, cinéticos, gravitatorios, magnéticos, neumáticos o de otros tipos.

Es importante mencionar que para lograr alcanzar esta transformación luego de haber sido creado y fabricado, cualquier objeto impreso con tecnología 4D debe tener un estímulo o disparador programado, por lo cual los materiales que se utilizarán en la impresión 4D serán cruciales, ya que deben utilizarse materiales especiales que puedan reaccionar a dicho estímulo externo.

Impresión 4D: Un poco de historia

Si repasamos la reciente historia de la impresión 4D nos encontraremos con que en realidad no es posible citar el nombre de un determinado inventor de la misma, aunque podríamos decir que su principal precursor es el diseñador y científico Skylar Tibbits. No obstante, lo cierto es que se trata de una tecnología que ha sido y está siendo actualmente desarrollada por diversos científicos, investigadores y empresas de todo el mundo.

Por el contrario, si es posible indicar un año en el cual aproximadamente la impresión 4D se convirtió en el objeto de investigación, ya que fue alrededor de 2017 cuando algunas de las compañías más importantes del mundo de la impresión, como así también diversos laboratorios de investigación y fabricantes de hardware y software comenzaron a explorar cada vez con mayor interés este terreno.

Materiales de la impresión 4D

Como hemos mencionado, actualmente la tecnología de la impresión 4D se encuentra aún en etapa de investigación y desarrollo, ya que si bien se han alcanzado valiosos logros al respecto, lo cierto es que se trata de una tecnología que tiene mucho para dar.

Es cierto que cada vez son más los laboratorios y empresas de todo el mundo que se encuentran abocadas al diseño de prototipos a través del uso de la impresión 4D, pero también es cierto que se trata de una tecnología que aún se encuentra lejana para el consumidor común, debido principalmente al tipo de materiales que se utiliza en este tipo de impresión.

Tengamos en cuenta que para lograr los objetivos que deben cumplir los objetos impresos con la tecnología 4D es necesario el uso de materiales especiales, ya que dichos objetos deben poder mutar su forma de acuerdo a los estímulos externos que reciba.

Con el fin de que estos materiales puedan reaccionar ante disparadores específicos y modificar su forma, por supuesto que es necesario el uso de materiales especiales que en definitiva puedan reaccionar a estos disparadores, es por ello que se los impresos con 4D son objetos programables que pueden ejecutar un código genético ante determinados estímulos.

Si tuviéramos que repasar cuáles son los materiales de la impresión 4D más utilizados en la actualidad, deberíamos señalar que en la mayoría de los sistemas de impresión 4D se utiliza una red de fibras, las cuales pueden tener distintas variaciones dependiendo de las propiedades del material como así también de su tamaño.

Algunos de los materiales más habituales en este contexto son los polímeros hidrogeles hidroreactivos, que básicamente reaccionan al contacto con el agua, polímeros termorreactivos que reaccionan a la luz, los compuestos de celulosa, que en la mayoría de los casos reaccionan a la temperatura y la humedad, los polímeros digitales con memoria de forma, que permiten crear objetos los cuales tienen la cualidad de poder cambiar y luego volver a recuperar su forma original, entre otros.

También es ampliamente utilizado en la impresión 4D el material denominado LCE, siglas del nombre en inglés Liquid Crystalline Elastomers, que traducido al castellano serían los elastómeros de cristal líquido. En este caso se trata de un tipo de material blando que tiene la cualidad de poder ejecutar cambios de forma rápidos y reversibles, para lo cual requieren de programación.

La gran característica del material LCE reside en que los objetos fabricados con este material realizan cambios en sus cadenas moleculares, lo que les permite pasar de un estado de cristal líquido a un estado aleatorio del tipo isotrópico, cuando reciben un estímulo exterior, como puede ser el agua, el fuego, la luz, la electricidad y demás. En la ciencia ficción, podríamos decir que el T1000 de la saga de Terminator había sido básicamente fabricado con un material de este tipo.

Aplicaciones de la impresión 4D

Quizás para muchos de nosotros al repasar los conceptos básicos en relación a la tecnología de la impresión 4D, el cambio que logran tener los objetos fabricados con la misma nos remonte de forma inmediata a la literatura y el cine de ciencia ficción.

En definitiva, la impresión 4D es aún un campo que se encuentra a la vanguardia y en permanente crecimiento y desarrollo, y es precisamente por ello que gran cantidad de laboratorios, empresas, universidades, científicos e investigadores se encuentran abocados al estudio de dicha tecnología para poder llevar sus posibilidades al máximo.

No obstante, ya se han desarrollado objetos a través de esta tecnología principalmente en la creación de prototipos, como por ejemplo en el ámbito de la biofabricación. Lo cierto es que entre las principales aplicaciones de la impresión 4D encontramos los siguientes ejemplos que no tardarán en volverse cotidianos.

Industria farmacéutica: Utilización de la impresión 4D para crear dispositivos que permitan explorar los vasos sanguíneos de los pacientes.

Industria de la construcción: Utilización de la impresión 4D para la impresión de ladrillos 4D que puedan cambiar su forma, modificando paredes de acuerdo a las necesidades de los usuarios.

Medicina y Biomedicina: Utilización de la impresión 4D para la impresión de diversos elementos que permitan crear prótesis que modifiquen su forma ante estímulos determinados, incluso podrían llegar a desarrollarse órganos humanos artificiales para solucionar las dificultades que existen en relación a los trasplantes, como así también para el desarrollo de células madres.

Arquitectura: Utilización de la impresión 4D para la impresión de techos y fachadas de edificos que puedan adaptarse a distintos entornos diarios, como el día y la noche, el calor y el frío, para modificar las condiciones en su interior y así permitir reducir el consumo de energías.

Transporte y logística: Utilización de la impresión 4D para aplicar materiales modificables a sus entornos, por ejemplo para la impresión del embalaje, para de esta forma proteger los productos transportados de factores como la humedad, la temperatura y demás.

Industria Textil: Utilización de la impresión 4D para el diseño de vestimentas y calzado que puedan cambiar su forma y adaptarse a distintas condiciones del clima, como así también de acuerdo a la actividad que se encuentre realizando el usuario.

Industria Informática: Utilización de la impresión 4D para el desarrollo de elementos de hardware que puedan modificar su forma física y adaptarse a la necesidades del usuario, como así también a distintas condiciones del entorno.

Otros segmentos: La impresión de objetos adaptables a través de la tecnología de impresión 4D prácticamente no tiene límites, por lo que además de las áreas y ciencias mencionadas anteriormente, esta tecnología puede aplicarse a segmentos tales como la bioingeniería, la química, las ciencias de la computación, el arte, e incluso no podría llegar a permitir la creación de objetos que pueden cambiar de color y de forma, como así también expandirse o contraerse, sino también hasta el llegar al punto de desaparecer.

Conclusión

A pesar de los impresionantes logros obtenidos hasta el momento por la impresión 4D, estamos realmente lejos todavía de lo que esta tecnología nos puede ofrecer, sobre todo cuando este tipo de dispositivos alcancen el ámbito hogareño, como en su momento lo hizo la impresión 3D.

Imaginemos que posiblemente en pocos años podremos ir a la tienda y adquirir por ejemplo un par de zapatos de vestir impresos con tecnología de impresión 4D y con materiales adecuados para permitir la adaptación de los mismos, y así lograr que esos zapatos puedan convertirse en zapatillas.

Lo cierto es que la tecnología de impresión 4D no tiene límites, y si nos sorprenden los avances que ha habido hasta el momento en este ámbito, no debemos olvidar que se trata en definitiva de una tecnología de vanguardia, que aún le queda mucho por crecer.

Por otra parte, por el momento tanto los materiales para impresión como las impresoras 4D poseen costos realmente elevados, aunque a pesar de ello en los próximos años seguramente llegará a convertirse en una tecnología habitual y cotidiana, como ya está sucediendo con la impresión 3D.

Por ello, no caben dudas que la tecnología de impresión 4D será un elemento fundamental dentro de la llamada cuarta revolución industrial, que por supuesto también implicará un profundo cambio cultural de las sociedades que sean parte de las próximas generaciones.