Impresión 3D SpaceCAL en Microgravedad Etiquetada como un Éxito por Científicos a Bordo de Virgin Galactic 07

Un grupo de investigadores de la Universidad de California, Berkeley, completó recientemente otra prueba exitosa de su sistema de impresión 3D en microgravedad, SpaceCAL. Este dispositivo de próxima generación podría abrir la puerta a los viajes de espacio profundo al permitir a los astronautas imprimir piezas, herramientas, medicamentos e incluso órganos cuando sea necesario. Estas capacidades aún están lejos de ser una realidad, y esta última prueba marca otro hito en su trayectoria.

La investigación sobre impresión en el espacio ha aumentado en los últimos cinco años. Estas unidades difieren de sus predecesoras terrestres porque no pueden depender de la gravedad para asistir sus procesos de capas. Como tal, los ingenieros han tenido que desarrollar nuevas formas de moldear sus impresiones.

CAL

El proyecto SpaceCAL aprovecha un nuevo método de impresión 3D llamado CAL “computed axial lithography“. Este método introduce polímeros sensibles que reaccionan a la luz. La resina fotosensible puede ser moldeada con láseres en estructuras 3D complejas. Cabe destacar que el método de impresión 3D CAL fue desarrollado en 2017 por Hayden Taylor, el investigador principal del proyecto SpaceCAL.

El método de impresión 3D CAL es ideal para la fabricación en baja gravedad porque no depende de un enfoque por capas. En su lugar, el material se incluye en una cámara antes de que dos láseres duales lo moldeen y endurezcan. Uno de los principales beneficios del método de impresión CAL es que simplifica el desarrollo y solo requiere una unidad.

SpaceCAL

El proyecto SpaceCAL aplica la investigación y desarrollo que ha ocurrido desde 2017 al método de impresión. Los resultados son una forma cerrada, segura y confiable de imprimir una amplia selección de materiales mientras se está en órbita u otros escenarios de microgravedad. Cabe destacar que SpaceCAL ya ha completado múltiples pruebas en baja gravedad. Sin embargo, esta última fue la primera en entrar en órbita.

Fuente – Virgin Galactic

SpaceCAL Test

Las pruebas del sistema de impresión SpaceCAL se llevaron a cabo a bordo del Virgin Galactic VSS Unity el 8 de junio de 2024. Virgin Galactic llevó el dispositivo al espacio suborbital, lo que le permitió realizar una prueba de 140 segundos. Los ingenieros seleccionaron cuatro “benchys” como sus impresiones. Los benchys se utilizan para probar la precisión y capacidades de las impresoras 3D.

Estas impresiones de prueba varían en complejidad desde diseños simples hasta estructuras multimateriales complejas. Para esta prueba, el científico mantuvo las impresiones relativamente básicas. Específicamente, imprimieron cuatro benchys que incluían una pequeña nave espacial y algunas remolcadoras. Cabe destacar que los benchys se imprimieron usando una resina plástica fotosensible llamada PEGDA.

Results

Los resultados del vuelo de prueba resultaron exitosos. SpaceCAL completó las impresiones en la breve ventana de tiempo disponible. Fueron precisas respecto a los diseños y tardaron tan solo 20 segundos cada una en completarse. Según los investigadores, las próximas pruebas intentarán impresiones prolongadas y diseños más intrincados.

SpaceCAL Benefits

Hay muchos beneficios que el proyecto SpaceCAL podría aportar al mercado. Por un lado, permite a los viajeros imprimir rápidamente piezas con precisión en emergencias. La unidad ofrece impresión bajo demanda directa que puede ser controlada desde la base terrestre, o por astronautas en vuelo. Para los viajeros de espacio profundo, esta opción elimina la necesidad de llevar miles de repuestos potenciales.

Different Materials

El método de impresión SpaceCAL es extremadamente flexible. Los investigadores ya han probado su método de impresión con más de 60 materiales diferentes. Estos dispositivos pueden imprimir usando siliconas, plásticos, composites de vidrio, biomateriales y más. Como tal, son ideales para entornos con escasos recursos, como naves espaciales donde cada gramo de desecho podría reciclarse en impresiones útiles.

Los viajes espaciales deben tener en cuenta cada gramo de peso. Por ello, es crucial crear un método de impresión 3D que pueda manejar la fabricación de piezas y herramientas duraderas, al mismo tiempo que soporta materiales tisulares y orgánicos. La versatilidad de la impresora SpaceCAL podría convertirla en la solución ideal para estas tareas en el futuro. Además, a medida que surjan nuevas resinas, polímeros y composites metálicos, estos dispositivos podrán integrar los materiales mejorados, creando impresiones fuertes y más complejas en menos tiempo.

Single Print

Otro beneficio que SpaceCAL brinda a los viajeros espaciales es la capacidad de crear usando un solo paso de impresión. Muchos métodos actuales de impresión 3D requieren múltiples pasos, lo que aumenta los materiales, la complejidad, los costos y el peso de los dispositivos. La impresora SpaceCAL puede crear geometrías 3D personalizadas e intrincadas en un solo paso de impresión, mejorando la eficiencia y la seguridad.

Faster Prints

El método de impresión SpaceCAL es muy rápido comparado con los métodos por capas. Los resultados de la prueba mostraron que los benchys impresos en 3D solo tardaron alrededor de 20 segundos por impresión. Esta velocidad abre la puerta a nuevos casos de uso para estas unidades en el futuro. Imagine un viajero espacial imprimiendo rápidamente una pieza de energía, herramienta u otro elemento necesario sin demora. Cabe destacar que este enfoque es mucho más rápido que los métodos actuales y puede tardar horas en completar una sola impresión compleja.

Freedom of Design

Una de las mayores ventajas que esta investigación ha demostrado es que las impresoras 3D en microgravedad pueden imprimir objetos que no son posibles en la Tierra. Estos entornos de baja gravedad mejoran el flujo de material y permiten a los ingenieros ser más creativos en sus diseños. Como tal, el futuro podría ver productos manufacturados aditivamente en órbita convirtiéndose en elementos cruciales de la vida cotidiana.

Use Cases for SpaceCAL

Existen varios casos de uso inmediatos para las impresoras SpaceCAL. Principalmente, se consideran elementos cruciales para los viajes de espacio profundo. Incluso hay planes para usar estos dispositivos para ayudar a colonizar la Luna. Esta última prueba valida la investigación del equipo y demuestra el rendimiento mejorado que el método SpaceCAL proporciona. En el futuro, variantes de estos dispositivos podrían usarse para imprimir de todo, desde piezas hasta viviendas.

Medical Needs

Uno de los aspectos más fascinantes y de ciencia ficción del proyecto SpaceCAL es su capacidad para imprimir biomateriales. Imagine a los astronautas imprimiendo órganos, necesidades dentales, injertos de piel e incluso nuevas lentes. Los investigadores ven esto como el futuro eventual de su creación. Visualizan un día en que las impresoras SpaceCAL se utilicen para crear órganos que serían imposibles de imprimir en la Tierra. Estos órganos podrían ser usados por astronautas o enviados de regreso al planeta para su uso por la población.

Researchers

La investigación para este proyecto incluyó a un equipo de estudiantes de UC Berkeley y del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) liderado por Hayden Taylor. Los investigadores Dillon Balk, Jacob Gottesman, Skyler Chan, Sean Chu, Brian Chung, Ameera Elgonemy, Anthony Moody, Jake Nickel, Dylan Potter, Austin Portinause, Anusri Sreenath y Audrey Young ayudaron a desarrollar y probar el concepto SpaceCAL.

SpaceCAL cuenta con el apoyo del programa Flight Opportunities de la NASA, Berkeley Engineering y el actualmente en construcción Berkeley Space Center. Además, el proyecto aseguró una subvención de 1,4 millones de dólares, lo que permitió a los investigadores mejorar su dispositivo y sus pruebas.

Companies that Could Leverage this Study to Improve Revenue

Varias fabricantes podrían integrar la tecnología de impresión SpaceCAL para ofrecer nuevos productos o mejorar los existentes. Estas empresas ya tienen una posición fuerte en sus respectivos mercados y la introducción de métodos de impresión SpaceCAL de alta velocidad y eficiencia podría mejorar considerablemente sus ofertas.

Organovo Holdings

(ONVO )

Organovo Holdings es una empresa pionera en impresión biomédica 3D. El objetivo de la compañía es usar impresoras 3D para imitar órganos y tejidos humanos, permitiendo a los investigadores estudiar los efectos de medicamentos, el medio ambiente y otros factores sin poner a personas en riesgo.

Organovo Holdings tiene su sede en San Diego y es pionera en el campo de la impresión de bio‑tejidos 3D. Sus productos permiten a los investigadores estudiar enfermedades, infecciones y sus posibles curas. La capacidad de imprimir tejido y material orgánico abre la puerta a un futuro donde no se necesiten donantes y los procedimientos médicos de emergencia puedan realizarse más rápido, salvando millones de vidas cada año.

Organovo Holdings es una adición sólida a su cartera. La compañía habló recientemente sobre su investigación en la Digestive Disease Week de este año (DDW2024). La posición de la empresa como líder del mercado, sumada a la creciente demanda de servicios de impresión biomédica, posiciona a Organovo Holdings para el éxito futuro.

Proto Labs

(PRLB )

Proto Labs ingresó al mercado en 1999 y tiene su sede en Maple Plain, Minnesota. La empresa se especializa en impresiones de bajo volumen y prototipos. Ofrece varios servicios, incluyendo fabricación aditiva de rápido giro y moldeo por inyección. La rapidez y flexibilidad de la empresa le han permitido asegurar una posición dominante en su mercado.

Proto Labs posee conocimientos que abarcan una amplia gama de industrias. Específicamente, la compañía ofrece productos de consumo, dispositivos médicos y piezas automotrices. El fabricante permite a los ingenieros trabajar en software popular como CAD y luego enviar sus impresiones para obtener resultados rápidos. Proto Labs devuelve impresiones en días, convirtiéndose en la solución principal para prototipado.

La demanda de los servicios de Proto Labs ha aumentado continuamente a lo largo de los años. Actualmente la empresa tiene una capitalización de mercado de 857,71 M $. Si Proto Labs pudiera integrar las tecnologías SpaceCAL en su modelo de negocio, podría ofrecer prototipos aún más rápidos a sus clientes. También podría reducir los costos de impresión y eliminar la necesidad de muchas de sus impresoras actuales.

Future of 3D Printing

El futuro de la impresión 3D se muestra prometedor. Ha habido muchos desarrollos importantes en la industria en los últimos años. Las impresoras 3D más avanzadas de hoy en día utilizan láseres de bajo consumo y pueden imprimir múltiples materiales con un solo dispositivo. Como tal, ahora es posible imprimir dispositivos complejos y hasta eléctricos que funcionen.

Deep Space Research

La investigación en el espacio profundo continúa impulsando los esfuerzos de I+D. Recientemente, corazones impresos en 3D fueron llevados a la Estación Espacial Internacional. El objetivo era observar los efectos de la radiación espacial en los órganos. La investigación forma parte de una misión mayor que ha recibido apoyo de Brown y Johns Hopkins University, así como de la NASA.

Easy Interfaces

Los chatbots de IA basados en Modelos de Lenguaje Extenso son otro desarrollo importante que remodelará la experiencia de impresión 3D. Estas interfaces permiten a las personas comunicarse con computadoras como si fueran humanos. Programas como ChatGPT han demostrado el poder de estas herramientas y cómo pueden mejorar la eficiencia, ampliar capacidades y reducir costos.

En el futuro, la impresión 3D no requerirá muchas habilidades técnicas. La mayoría de las unidades solo necesitarán instrucciones de texto o voz para completar tareas complejas que han aprendido gradualmente a lo largo de años de datos y actualizaciones de sus modelos de IA. Cuando se combina la perspectiva de la tecnología de impresión SpaceCAL con capacidades avanzadas de IA, la tecnología parece tener un potencial ilimitado.

High Efficiency Printers

Recientemente, los investigadores crearon un nuevo método de impresión con láser dual method que reduce costos y desechos. Este método convirtió uno de los habituales láseres de femtosegundo en una unidad de menor potencia. El equipo luego introdujo una nueva fórmula computacional que les permitió determinar una sintonía óptima entre los láseres. Los resultados son similares a los de los láseres femtosegundo duales originales.

El nuevo enfoque utilizó una alternativa de láser mucho más barata, lo que redujo significativamente los costos. Además, esta mejora puede adaptarse a la mayoría de los láseres 3D actuales en uso en el sector manufacturero con un esfuerzo mínimo. Como tal, esta actualización podría ayudar a reducir los costos de impresión 3D a nivel global y abrir la puerta a dispositivos aún más asequibles pronto.

Another Successful Test

Esta última ronda de pruebas destaca la rapidez con la que el equipo ha progresado en su misión. Puede esperar escuchar más sobre este proyecto a medida que los ingenieros busquen imprimir dispositivos complejos durante los viajes espaciales. Por ahora, los esfuerzos pioneros de este equipo innovador en la impresión en microgravedad podrían mejorar la vida de miles de millones de personas algún día.

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