Implantes 3D más seguros: la UCLM evita que se vuelvan frágiles
Investigadores de la Universidad de Castilla-La Mancha identifican un paso clave en la fabricación de filamentos cerámicos para impresión 3D que puede garantizar su fiabilidad a largo plazo.
El estudio advierte de que el control del enfriamiento durante el proceso de fabricación es determinante para evitar que estos materiales se vuelvan frágiles, con implicaciones directas en medicina y aeronáutica.
La Universidad de Castilla-La Mancha (UCLM) ha identificado un paso crítico en los procesos de impresión 3D de materiales cerámicos de alta tecnología que puede resultar determinante para garantizar la durabilidad y fiabilidad de los nuevos filamentos utilizados en aplicaciones médicas y aeronáuticas. La investigación concluye que controlar el enfriamiento del filamento durante su fabricación es clave para asegurar su flexibilidad y estabilidad a largo plazo, evitando que el material se vuelva frágil con el paso del tiempo.
El trabajo advierte del riesgo de subestimar la fase de enfriamiento del filamento, un aspecto que, según los investigadores, no es un detalle menor en el desarrollo de este tipo de materiales avanzados. Este proceso influye directamente en el rendimiento del filamento y, por tanto, en la seguridad y durabilidad de las piezas cerámicas que posteriormente se fabrican mediante tecnologías de fabricación aditiva.
Un estudio sobre la fragilidad de los filamentos cerámicos
La investigación, titulada ‘Understanding embrittlement in ceramic-loaded filaments: insights for additive manufacturing of 3-YSZ’, ha sido publicada en la revista científica Rapid Prototyping Journal, una publicación situada en el primer cuartil (Q1) con factor de impacto 3,6 en 2024.
El estudio analiza por qué algunos filamentos imprimibles cargados con cerámica se vuelven frágiles con el tiempo, una circunstancia que limita su utilización a largo plazo y dificulta su validación comercial y su uso industrial.
El objetivo principal del trabajo es mejorar la fiabilidad de estos materiales, de modo que puedan mantener sus propiedades mecánicas de forma estable desde el momento en que se fabrican hasta su utilización en procesos de impresión 3D.
El papel del enfriamiento en la fabricación del filamento
La investigación explica que, durante la fabricación de estos filamentos, el material fundido se extruye en forma de hilo, generando el filamento que posteriormente se empleará en impresoras 3D.
Sin embargo, los investigadores han detectado que si el filamento se enfría demasiado rápido durante este proceso, puede producirse un fenómeno que afecta a su estructura interna. En concreto, la solidificación se produce de forma desordenada, dejando las moléculas en un estado desorganizado.
Con el paso del tiempo, esas moléculas tienden a reorganizarse buscando una configuración más estable, lo que provoca que el material modifique sus propiedades mecánicas.
Como consecuencia, el filamento puede volverse más frágil, lo que representa un problema relevante en el ámbito industrial, ya que dificulta su validación comercial y compromete la durabilidad y seguridad de las piezas impresas mediante esta tecnología.
Aplicaciones médicas: implantes óseos personalizados
Desde el punto de vista social y sanitario, el estudio tiene especial relevancia en el ámbito de la medicina.
El filamento analizado permite imprimir en 3D implantes óseos personalizados capaces de estimular el crecimiento del hueso, lo que abre la puerta a tratamientos médicos más adaptados a cada paciente.
Este tipo de soluciones forma parte de la creciente incorporación de la fabricación aditiva en la medicina personalizada, donde las piezas pueden diseñarse específicamente para cada caso clínico, mejorando la adaptación del implante y favoreciendo la recuperación del paciente.
También clave para la industria aeronáutica
Además del ámbito sanitario, los investigadores subrayan que el desarrollo de filamentos estables para impresión 3D también resulta fundamental para otros sectores tecnológicos, especialmente aquellos que trabajan con materiales avanzados y condiciones extremas.
Entre ellos destaca el sector aeronáutico, que cada vez incorpora con mayor frecuencia tecnologías de fabricación aditiva para la producción de componentes sometidos a altas temperaturas.
Garantizar que estos materiales mantengan sus propiedades mecánicas y estructurales con el paso del tiempo resulta esencial para asegurar la fiabilidad de las piezas y la seguridad de los sistemas en los que se integran.
Un trabajo surgido de una tesis doctoral
El estudio es fruto de la tesis doctoral de la investigadora en formación de la UCLM María Victoria Axelrad Tinoco.
La investigación ha sido dirigida y coordinada por la profesora Gemma Herranz Sánchez-Cosgalla, responsable del grupo de Diseño y Procesado Avanzado de Materiales (DYPAM) de la Universidad de Castilla-La Mancha.
En el trabajo también han participado los investigadores de esta institución Cristina Berges Serrano y Javier Hidalgo García, que forman parte del equipo que desarrolla investigaciones sobre materiales avanzados y fabricación aditiva.
Las conclusiones del estudio subrayan que controlar el enfriamiento del filamento durante su proceso de fabricación es un factor decisivo para garantizar el rendimiento de estos materiales, lo que puede contribuir a mejorar su fiabilidad, ampliar su uso industrial y acelerar su implantación en sectores estratégicos como la medicina o la aeronáutica.
