Electrónica impresa en 3D disoluble: acabar con los residuos electrónicos

Ingenieros de la Universidad de Maryland y del Instituto Tecnológico de Georgia colaboraron para crear los primeros dispositivos electrónicos disolubles impresos en 3D. El nuevo proceso replantea el concepto de reciclabilidad, integrándolo con la fabricación para crear una economía circular fluida. Así es como los dispositivos electrónicos disolubles impresos en 3D podrían inspirar una nueva generación de dispositivos sostenibles y mucho más.

Los desechos electrónicos son una preocupación importante

El mundo tiene un problema con su tecnología. No con las versiones actuales y más recientes, sino con los artículos obsoletos y rotos que siguen llenando los vertederos. Los aparatos electrónicos actuales tienen muchas piezas valiosas, pero debido a su método de fabricación, es casi imposible o muy poco rentable dedicar tiempo a recuperarlos mediante el reciclaje. En consecuencia, estos dispositivos se convierten rápidamente en basura.

Según el Organización Mundial de la SaludLos residuos electrónicos contribuyen significativamente a la contaminación global. Un informe reciente muestra que este año se desecharán aproximadamente 65 millones de toneladas de residuos electrónicos. Lamentablemente, esto representa un aumento de 3 millones de toneladas con respecto a las estadísticas del año pasado. Estas estadísticas revelan una peligrosa tendencia: menos del 22 % de los residuos electrónicos se recicla.

Residuos de chips de computadora e impacto ambiental

Al analizar con más detalle qué tipo de artículos se desperdician, se observa que los chips de computadora se encuentran entre los más populares y perjudiciales para el medio ambiente. El estándar actual de la industria para chips de computadora se basa en FR-4. Este material se crea combinando fibra de vidrio y resina epoxi. Posteriormente, los chips se laminan con una lámina de cobre por ambas caras.

Combatiendo los desafíos de los desechos electrónicos

Se han realizado numerosos intentos para reducir la cantidad de residuos electrónicos generados a nivel mundial. Estos enfoques incluyen replantear el proceso de fabricación, investigar alternativas de materiales respetuosos con el medio ambiente y buscar alternativas más económicas al statu quo.

Sin embargo, aún existen importantes obstáculos para reducir los residuos. Por un lado, los métodos de reciclaje son demasiado costosos y requieren maquinaria especial, lo que limita su acceso únicamente a las empresas industriales. Además, el proceso de reciclaje puede requerir la recolección y el transporte de residuos a largas distancias, lo que incrementa los costos y los riesgos.

Métodos costosos

Además, el método actual se basa en el uso de calor para separar los componentes valiosos de las piezas reciclables de los chips. Este enfoque puede producir humos tóxicos y otros contaminantes durante el proceso de reciclaje, lo que anula sus beneficios. Además, consume mucha energía, lo que encarece su funcionamiento.

Otro problema importante con las estrategias de reciclaje de chips de PCB es que estos dispositivos se crean para cumplir con diseños específicos del producto. Por lo tanto, pueden fusionarse de diversas maneras y con materiales que dificultan aún más su separación durante el proceso de recuperación. Incluso los mejores programas de reciclaje de PCB basados ​​en FR-4 solo permiten la recuperación parcial de los componentes valiosos.

Estudio de electrónica impresa en 3D disoluble

El estudio "DissolvPCB: Electrónica impresa en 3D totalmente reciclable con conductores de metal líquido y sustratos de PVA 1”, que se presentó en UIST 2025Introdujo un novedoso método de diseño y fabricación que permitió la recuperación económica de componentes centrales. El nuevo diseño de chip, denominado DissolvPCB, es la primera PCB totalmente reciclable que ofrece un rendimiento comparable al de los chips FDM tradicionales.

Fuente - Arxiv

Disolución de PCB

El flujo de trabajo mejorado de diseño, fabricación y reciclaje integra la impresión 3D FDM basada en PVA con circuitos de metal líquido EGaIn para ofrecer un rendimiento similar al de una plataforma reutilizable. Sorprendentemente, el equipo utilizó impresoras 3D FDM estándar para crear el nuevo chip.

PCBA compuesto

Uno de los primeros pasos del proceso fue descubrir un material mejor que permitiera crear placas de circuito impreso estables e imprimibles en 3D. Tras una extensa investigación, el equipo se decidió por un nuevo compuesto de PCB que integra un dieléctrico de alcohol polivinílico (PVA) soluble en agua como material base.

Cabe destacar que el alcohol polivinílico (PVA) es soluble en agua y comienza a descomponerse automáticamente en 24 horas tras la inmersión. Estas características lo hicieron ideal para los objetivos del ingeniero. Además, su fabricación es económica y está fácilmente disponible.

Cableado electrónico impreso en 3D disoluble

Para el cableado, el equipo utilizó un filamento especial llamado EGaIn (galio-indio eutéctico). Este material es un metal líquido maleable que se puede aplicar directamente desde una impresora 3D. Es conductor como el cobre y se adapta a casi cualquier forma, lo que lo hace ideal para microchips.

Componentes y sistemas electrónicos

Además, se añadieron manualmente componentes eléctricos al chip tras el proceso de impresión 3D. A continuación, el equipo aplicó un sello adhesivo de polímero, diseñado para impedir la entrada de humedad. Una vez aplicado, la capa de adhesivo y el chip se calentaron a 60 °C durante una hora para completar el proceso.

Disolviendo el microchip

DissolvePCB hace honor a su nombre. Se puede reprocesar completamente simplemente sumergiéndolo en agua durante 24-36 horas. Aún más impresionante es que el sustrato de PCB se puede recolectar y reutilizar como filamento de impresión en nuevos chips. Además, el cableado de EGaIn se separa en diminutas gotas metálicas, que se pueden recolectar y reutilizar junto con los componentes colocados manualmente.

Diseño de electrónica disoluble impresa en 3D

Para diseñar sus nuevos chips, el equipo decidió crear una actualización CAD especial. El plugin de código abierto FreeCAD facilita a los ingenieros la conversión de esquemas de circuitos tradicionales en diseños que se pueden imprimir en 3D automáticamente. Este enfoque ayudará a reducir la adopción por parte de nuevos usuarios y facilitará a los ingenieros la creación de trazados de circuitos tridimensionales, ampliando significativamente sus posibilidades de uso.

Prueba de electrónica impresa en 3D disoluble

Como parte de la fase de pruebas, el equipo creó varios dispositivos. Estos dispositivos incluían un altavoz Bluetooth, un juguete antiestrés y una mano con pinza. Cabe destacar que el altavoz Bluetooth contaba con una placa de circuito impreso de doble cara, y el juguete antiestrés utilizaba circuitos 3D. El equipo construyó y probó estos dispositivos comparándolos con las versiones que utilizan chips tradicionales.

Sus comparaciones comenzaron con pruebas de funcionalidad y rendimiento. Posteriormente, compararon los chips en diseño. Este paso implicó capturar detalles clave sobre las dimensiones de las pistas impresas en 3D, las distancias mínimas de aislamiento, la conductividad, la capacidad de corriente y otras métricas cruciales de rendimiento. También probaron los límites de calor y humedad del dispositivo.

Resultados de pruebas de electrónica impresa en 3D disoluble

Los resultados de las pruebas revelaron que el nuevo diseño de chip tenía un rendimiento comparable al de sus predecesores. Ofrece capacidades similares y podría utilizarse fácilmente para reemplazar los chips tradicionales sin problemas. Este descubrimiento abre la puerta a futuras aplicaciones.

En términos de reciclabilidad, el nuevo diseño del chip superó las opciones anteriores. El equipo observó que su enfoque integral facilitaba el desmontaje y la recuperación de componentes mediante una simple inmersión en agua. Documentaron que este método puede implementarse localmente, no requiere experiencia y ofrece un rendimiento de recuperación mucho mayor que otras opciones de reciclaje.

En concreto, el equipo registró tasas de recuperación de hasta el 99.4 % para PVA y el 98.6 % para metales líquidos. Estos porcentajes superan con creces el rendimiento de todos los métodos de reciclaje y recuperación anteriores. Además, el equipo observó que todos los componentes eléctricos recuperados seguían funcionando.

Desliza para desplazarte →

Beneficios de la electrónica impresa en 3D disoluble

La electrónica disoluble impresa en 3D ofrece numerosos beneficios. El beneficio obvio es que el proceso reducirá la creciente cantidad de residuos electrónicos que azota al mundo. Este sencillo proceso de fabricación aditiva integra el reciclaje en su diseño, lo que crea una economía circular y reduce los residuos.

Ampliamente disponible

Otra gran ventaja de este estudio es que se basa en materiales y procesos ampliamente disponibles. Todos los materiales, e incluso la impresora, están disponibles en tiendas locales o en línea. La impresora estándar sin modificar es económica y puede adaptarse a tareas especializadas si es necesario.

Flexibilidad

DissolvPCB abre la puerta a un nuevo nivel de flexibilidad. Por un lado, la actualización CAD permite a los ingenieros crear fácilmente diseños de chips de orificio pasante (THT) y de montaje superficial (SMD). También pueden crear ensamblajes de una o dos caras, lo que permitirá que estos chips se integren en casi todos los dispositivos electrónicos del futuro.

Análisis escalable

Otra gran ventaja que se desprende del trabajo del ingeniero es la escalabilidad del proceso. Dado que el proceso de reciclaje no requiere maquinaria especial, calor ni productos químicos, es muy fácil de escalar a aplicaciones industriales. Por lo tanto, esta estrategia parece ser la mejor opción para la prevención de residuos en el futuro.

Aplicaciones reales y cronología de la electrónica disoluble

Existen numerosas aplicaciones reales para la electrónica disoluble. Por ejemplo, serían ideales para la creación de prototipos y la investigación. Se generan muchos residuos en I+D. Este diseño de chip es ideal para la experimentación, ya que elimina los residuos y permite una total flexibilidad en el diseño y las aplicaciones.

Electrónica impresa en 3D en funcionamiento

Este método de fabricación puede combinarse con otros métodos de impresión para crear componentes electrónicos funcionales. Al combinarse con diseños de impresión con comportamientos mecánicos programables, esta estrategia de fabricación permite impresiones complejas que pueden utilizarse para todo tipo de productos, desde chips de computadora hasta sensores desechables.

Aplicaciones médicas

Si los ingenieros logran encontrar una forma fiable de prevenir la preexposición a la humedad, estos chips podrían ser ideales para aplicaciones médicas. Existen varios dispositivos médicos, como los marcapasos, que requieren procedimientos invasivos para su implantación y extracción.

En el futuro, los profesionales médicos podrían crear estos dispositivos con un puerto que permita llenarlos con agua cuando ya no sean necesarios. Este método podría ayudar a disolver el dispositivo y reducir la contaminación y los procedimientos quirúrgicos.

Electrónica desechable

Otro uso importante sería en el mundo de los dispositivos electrónicos desechables. Los dispositivos electrónicos desechables, como los vaporizadores y otros, podrían crearse teniendo en cuenta su vida útil. Estos dispositivos, que siguen inundando los vertederos, podrían reciclarse fácilmente durante su ciclo de vida, abriendo la puerta a la electrónica verdaderamente desechable en el futuro.

Cronología de la electrónica disoluble impresa en 3D

Se espera que estos chips se incorporen a la electrónica en los próximos 5 años. Existe una fuerte demanda de chips reciclables, y este enfoque ofrece la flexibilidad y el rendimiento que necesitan los ingenieros. Su trabajo contribuirá a inspirar prácticas de fabricación sostenibles en el futuro.

Investigadores de electrónica impresa en 3D disoluble

Ingenieros de la Universidad de Maryland, el Instituto Tecnológico de Georgia y otras instituciones colaboraron para dar a conocer el estudio sobre electrónica disoluble impresa en 3D. El artículo menciona a Huaishu Peng, Zeyu Yan, SuHwan Hong, Huaishu Peng, Tingyu Cheng y Josiah Hester como los principales colaboradores.

El proyecto recibió apoyo financiero y material de Sandbox, el Jagdeep Singh Family Makerspace, Terrapin Works y BioWorkshop. También recibieron subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Alfred P. Sloan, VMware y Google.

El futuro de la electrónica impresa en 3D disoluble

El futuro de DissolvPCB depende de varios factores clave. En primer lugar, el equipo necesita seguir trabajando para demostrar la fiabilidad y durabilidad del nuevo diseño de chip. Además, deben seguir explorando maneras de garantizar que los chips no se expongan a la humedad hasta que llegue el momento de reciclarlos.

Invertir en la fabricación de semiconductores

Existen numerosas empresas en el sector de la fabricación de chips. Estas empresas desempeñan un papel fundamental en los sectores de la electrónica y la tecnología, impulsando los dispositivos más avanzados de la actualidad. Aquí presentamos una empresa que sigue siendo una fuerza innovadora en la fabricación de chips.

microdispositivos avanzados inc.

Advanced Micro Devices Inc. se fundó el 1 de mayo de 1969 para proporcionar semiconductores confiables al emergente mercado informático. La empresa fue fundada por Jerry Sanders y un equipo de ingenieros provenientes de Fairchild Semiconductor.

Advanced Micro Devices irrumpió en el mercado con gran impacto gracias al lanzamiento del registro de desplazamiento Am9300 en 1970. Para 1982, la compañía ya había firmado acuerdos de colaboración con Intel, líder del sector, y otras empresas. Esta alianza estratégica contribuyó a un mayor reconocimiento de marca y posicionamiento en el mercado.

La compañía continuó superando los límites del rendimiento con sus procesadores Athlon. Estos fueron los primeros chips en alcanzar una velocidad de reloj de 1 GHz, lo que le permitió obtener un sólido apoyo de los fabricantes. Hoy, Advanced Micro Devices es líder en las industrias de videojuegos, desarrollo de chips, centros de datos y GPU, entre otras.

Últimas noticias y rendimiento de las acciones de Advanced Micro Devices (AMD)

Electrónica impresa en 3D disoluble | Conclusión

Es fácil entender por qué la electrónica disoluble impresa en 3D podría abrir las puertas a una economía más segura y saludable. Estos dispositivos podrían garantizar que los vertederos no se llenen excesivamente y que los componentes electrónicos obsoletos no terminen en nuestro medio ambiente. Por estas y muchas otras razones, estos ingenieros merecen una ovación de pie.

Conozca otros avances interesantes en la impresión 3D aqui.

Referencias:

^{1. Yan, Z., Hong, S., Hester, J., Cheng, T. y Peng, H. (2025 de julio de 29). DissolvPCB: Electrónica impresa en 3D totalmente reciclable con conductores de metal líquido y sustratos de PVA (arXiv:2507.22193). arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.22193}