Una nueva forma de imprimir y doblar cerámica y entramados metálicos para crear estructuras en miniatura podría dar lugar a una novedosa serie de estructuras de ingeniería de peso ligero. La técnica consiste en la elaboración de hojas entramadas de tinta de cerámica, plegándolas y calentándolas después para crear formas complejas. El método podría ser utilizado para fabricar partes de peso ligero de uso en aplicaciones aeroespaciales, andamios complejos para la ingeniería de tejidos, y filtros y catalizadores para la producción de productos químicos industriales.

"Podemos generar formas tridimensionales complejas que no se pueden crear de otra forma", afirma Jennifer Lewis, directora del Laboratorio de Investigación de Materiales en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Lewis desarrolló la técnica con el investigador de Illinois Bok Ahn y David Dunand, profesor de ciencias de los materiales en la Universidad Northwestern. Los investigadores afirman que cubre la necesidad de poseer un modo de fabricar estructuras complejas a escala de centímetros--demasiado pequeñas para los moldes convencionales o para las máquinas, y demasiado grandes para la litografía o técnicas similares.

Lewis ya ha creado con anterioridad nuevos tipos de tintas y métodos de impresión para la fabricación de estructuras de dos dimensiones. Su método consistía en hacer salir varias tintas con partículas de cerámica o de metal de un cabezal de impresión, de forma similar a como la pasta de dientes saldría de un tubo. Con estas tintas, Lewis podría fabricar patrones de entramado, capa a capa. Los entramados podrían ser calentados para fusionar las partículas y eliminar los disolventes de tinta.

El grupo de Lewis empezó a considerar el tipo de plegado conocido como origami cuando un colaborador le pidió fabricar cilindros concéntricos de titanio para su uso en la ingeniería de tejidos, como por ejemplo en implantes que estimulasen el crecimiento óseo. Ahn se dio cuenta de que dicha estructura podía crearse enrollando un entramado impreso antes de calentarlo, y el grupo estudió la formulación de las tintas para ajustarlas mejor al proceso. El material es suficientemente elástico como para doblarse, aunque robusto como para no caerse o agrietarse antes de solidificarse.

La misma técnica se ha utilizado ya para fabricar estructuras complejas entre las que se incluyen una grúa de origami que requiere 16 pasos de doblado. La grúa no tiene aplicaciones prácticas, aunque demuestra las ventajas de esta técnica, afirman los investigadores.

La técnica de impresión y doblado "permite crear la forma que se desee, pero quitándole peso," señala Bob Peterson, científico senior de Aerojet, una compañía aeroespacial con sede en Sacramento, California, y que no está afiliada con el grupo de Illinois.

Peterson afirma que la técnica podría ser utilizada para fabricar, por ejemplo, puntales de refuerzo de titanio más ligeros para las alas de cohetes, y estima que la técnica de fabricación del grupo de Illinois podría reducir el peso de estas partes en particular desde aproximadamente 1,5 libras a un cuarto de libra. En lugar de crear un cubo de titanio sólido, por ejemplo, los investigadores podrían crear uno hueco con mucho menos material. El metal doblado y las estructuras de cerámica también deberían ser capaces de soportar temperaturas extremas y cargas pesadas, lo cual es importante para el sector aeroespacial y las aplicaciones industriales.

Los investigadores de Illinois están trabajando con una gama más amplia de materiales, y poniendo a prueba las propiedades mecánicas de las estructuras que ya han realizado. Las estructuras de titanio, afirma Dunand, son fuertes y resistentes a las fracturas. Añade que el método debería ser compatible con una gama de materiales al margen del titanio, incluyendo el acero y otros metales, muchas cerámicas, y los compuestos utilizados para fabricar las zeolitas, que son habitualmente utilizadas para la filtración y la catálisis.