Para dar respuesta a nuestra pregunta, primero expliquemos un poco sobre la impresión 3D, también conocida como técnica de fabricación aditiva (AM). Este es un proceso en el cual se fabrican objetos tridimensionales mediante el depósito de capas de material, unas sobre otras. Los inicios de la impresión 3D son establecidos oficialmente en 1986 cuando Chuck Hull, cofundador y presidente ejecutivo de 3D Systems, solicitó una patente para el proceso de Estereolitografía (SLA), el cual sería el primer paso dentro de la tecnología para la creación de objetos tridimensionales. El uso de la tecnología de fabricación 3D ha ido en crecimiento a lo largo de los últimos años, ya que se han aumentado sus beneficios de uso, siendo el sector médico uno de los que genera mayor interés. Ahora bien, a partir del concepto de la impresión 3D, en 2013, el diseñador e informático estadounidense Skylar Tibbits, planteó por primera vez el concepto de impresión 4D como “impresión 3D más tiempo como cuarta dimensión”; he aquí el significado de la cuarta D: el tiempo. Luego entonces, ¿cuál es el papel del tiempo en el comportamiento de los objetos impresos tridimensionalmente? Los objetos concebidos y creados a partir de la idea de la impresión 4D, son estructuras que pueden modificarse o autotransformarse en el tiempo, de manera controlada, cuando se exponen a estímulos como la humedad, calor, luz, pH, campo eléctrico, o campo magnético, generando respuestas como movimientos mecánicos, cambios de forma o interacción biológica, entre otras, sin la necesidad de la intervención humana ni de elementos mecánicos o eléctricos externos. A diferencia de los objetos impresos con los conceptos de la tecnología 3D, aquellos impresos con tecnología 4D tienen la capacidad de evolucionar en el tiempo. Además, su evolución puede revertirse para adoptar la forma inicial. Los fundamentos de la impresión 4D pueden resumirse en las siguientes etapas: selección de un material inteligente para la fabricación del objeto, concepción del objeto a ser impreso, desarrollo e implementación de la estrategia de impresión, y pruebas de estímulo-respuesta del objeto impreso.

Por ejemplo, los materiales fotosensibles o sensibles a la luz son útiles como materiales de impresión 4D, de tal manera que, en objetos tridimensionales impresos con estos, se puede desencadenar una reacción de color al ser irradiados con luz ultravioleta o luz solar; en el caso de la luz ultravioleta, induce la deformación de estructuras poliméricas, cambiando su color de blanco a púrpura y volviendo al blanco en ambientes oscuros. Algunos materiales fotosensibles también son susceptibles a experimentar cambios en formas o patrones de superficie.

Uno de los campos de aplicación más destacados donde la impresión 4D tomará un papel de vital importancia en el corto a mediano plazo es el biomédico. Por ejemplo, Organovo Holdings Inc., EE. UU., es una empresa que ha participado en varios proyectos de bioimpresión 4D centrados en el desarrollo de tejidos humanos funcionales, como lo es el desarrollo de un hígado humano artificial. Se espera que el desarrollo de materiales que implementando la cuarta dimensión, sea útil para crear productos médicos y farmacéuticos programables.

Por otro lado, un desafío importante en el desarrollo de la tecnología de impresión 4D es la comparabilidad y reproducibilidad de los resultados producto de la investigación. La diversidad de parámetros de impresión, la distintas formas de abordar el concepto mismo de impresión 4D y la complejidad para producir materiales inteligentes dificultan la reproducción de los materiales y prototipos 4D. Los estudios en el desarrollo de la tecnología se dirigen a distintas variables dentro de la impresión, ya que la transformación en el tiempo del objeto impreso depende de la magnitud, duración y medio del estímulo, así como de factores de interferencia como la gravedad o las fuerzas de interacción con el entorno. Por lo anterior, la investigación y creación de nuevos materiales 4D, es una actividad fundamental para el corto, mediano y largo plazo, ya que es una rama de oportunidad para el desarrollo humano desde los cimientos de la impresión 4D.

En México, el campo de la investigación de materiales e impresión con tecnología 4D es sumamente limitado, por lo que un grupo de estudiantes de licenciatura y posgrado de la División de Ingenierías Campus Irapuato-Salamanca dentro de la Universidad de Guanajuato, liderados por el Dr. Eric Noé Hernández Rodríguez, realizan investigación en materiales y han desarrollado distintos prototipos de objetos 4D diseñados por ellos mismos, sometiéndolos a diversos estímulos y comparando las diferentes variables con las que los objetos interactúan. El hidrogel es el material utilizado para lograr una respuesta de los objetos tras la impresión tridimensional con elementos de PLA; estos objetos se han sometido a pruebas de humedad, siendo el tiempo, la temperatura y el tipo de fluido en el que se sumerge, las variables consideradas en la investigación.

Fecha de publicación: 6 de marzo de 2024.