Un grupo de investigadores suizos hallaron la forma de procesar la celulosa mediante la impresión 3D para crear objetos de complejidad casi ilimitada que contengan altos niveles de partículas de celulosa.
Los árboles y las plantas son los encargados de producir celulosa y son los profesionales, los que la usan para construir estructuras complejas con extraordinarias propiedades mecánicas. Sin embargo, el procesamiento de materiales con alto contenido de celulosa sigue siendo un gran desafío para los científicos de materiales.
Los expertos de ETH Zurich combinaron la impresión a través del método de escritura directa de tinta (DIW) con un proceso de densificación posterior para aumentar el contenido de celulosa del objeto impreso a una fracción de volumen del 27 por ciento.
Cabe destacar que estos profesionales a no son los primeros en procesar la celulosa. Sin embargo, los enfoques anteriores, que también empleaban tinta que contenía celulosa, no habían podido producir objetos sólidos con un contenido y complejidad de celulosa tan altos.
En cuanto a la composición de la tinta es simple. Se compone solo de agua en la que se han dispersado partículas de celulosa y bras que miden unos cientos de nanómetros.
Para conseguir la densificación de los productos de celulosa impresos utilizaron la siguiente fórmula. Tras imprimir una tinta de agua a base de celulosa, colocaron los objetos en un baño que tenía solventes orgánicos. Dado que a la celulosa no le gustan los solventes orgánicos, las partículas tienden a añadirse. Este proceso muestra una contracción de la parte impresa y, en consecuencia, un incremento en la cantidad relativa de partículas de celulosa dentro del material.
Luego, empaparon los objetos en una solución que poseía un precursor de plástico fotosensible. Al eliminar el disolvente por evaporación, los precursores plásticos se infiltran en el andamio a base de celulosa. Después, para convertir los precursores de plástico en un plástico sólido, expusieron los objetos a la luz ultravioleta. Esto produjo un material compuesto con un contenido de celulosa del 27 por ciento en volumen mencionado anteriormente.
De esta manera, según el tipo de precursor plástico empleado, los investigadores pueden ajustar las propiedades mecánicas de los objetos impresos, como su elasticidad o resistencia. Esto les permite crear partes duras o blandas, dependiendo de la aplicación.
Con este método, los investigadores fueron capaces de fabricar varios objetos compuestos, incluidos algunos de naturaleza delicada. Sus hallazgos mostraron que los nanocristales de celulosa están alineados de manera similar a los presentes en los materiales naturales. «Esto significa que podemos controlar la microestructura de celulosa de nuestros objetos impresos para fabricar materiales cuya microestructura se asemeja a la de los sistemas biológicos, como la madera», dijo Rafael Libanori, asistente principal en el grupo de investigación del profesor de ETH André Studart.
Las piezas hasta el momento, siguen siendo pequeñas a escala de laboratorio. Pero existen muchas aplicaciones potenciales, desde empaques personalizados hasta implantes de reemplazo de cartílago para oídos. Los expertos también han impreso una oreja basada en un modelo humano. Sin embargo, para que esta innovación se aplique a la práctica clínica se requiere de más ensayos.
Por último, este tipo de tecnología de celulosa también podría ser de interés para la industria automotriz. Los fabricantes de automóviles japoneses ya han construido un prototipo de automóvil deportivo para el cual las partes del cuerpo están hechas casi en su totalidad con materiales a base de celulosa.