Un grupo de investigación del Instituto de Materiales Avanzados y Matemáticas (INAMAT2) de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) trabaja en el desarrollo de nuevos materiales para impresión 4D, una tecnología que permite crear piezas personalizadas con capacidades adicionales. Así, los objetos impresos con esta técnica 4D pueden cambiar su forma o características con el tiempo en respuesta a estímulos como el calor, la humedad o la luz, lo que ofrece aplicaciones innovadoras en distintas áreas científicas y tecnológicas. En su caso, el equipo de la institución académica se centra en el apantallamiento electromagnético (un proceso para bloquear o reducir las interferencias de campos electromagnéticos y así proteger dispositivos electrónicos de señales no deseadas) y la refrigeración magnética (una tecnología que sustituye el gas tradicionalmente utilizado en sistemas de refrigeración por un material sólido magnético).
La impresión 3D aditiva, que fabrica objetos mediante la adición de capas sucesivas de material (polímeros), utiliza menos recursos que los métodos de fabricación tradicionales y promueve una economía circular al permitir la reutilización de materiales de desecho. “Durante el proceso, se funde y fusiona solo la cantidad necesaria para producir una pieza, por lo que la generación de residuos disminuye”, explica el catedrático Iñaki Pérez de Landazábal Berganzo, uno de los investigadores implicados en este trabajo. Una ventaja de esta impresión 3D es que permite añadir funciones especiales a los materiales mientras se fabrican, adaptándolos para aplicaciones concretas. Este proceso se conoce como impresión 4D, donde los objetos impresos no solo tienen forma específica, sino también capacidades adicionales.
El grupo de investigación en Propiedades Físicas y Aplicaciones de Materiales del Instituto INAMAT2, dirigido por la catedrática Cristina Gómez Polo, trabaja en la aplicación de estos materiales con funciones especiales en dos proyectos: el apantallamiento electromagnético y la refrigeración magnética.
Hilo y piezas fabricadas con la técnica de impresión 4D.
Respecto al primer proyecto, el grupo de investigación del INAMAT2, en colaboración con el Instituto de Smart Cities (ISC) de la UPNA y el área de Fabricación Aditiva de NAITEC, está centrado en producir compuestos a base de combinar polímeros (para darle una estructura) con partículas de ferrita recicladas de componentes electrónicos en desuso, material que proporciona funcionalidad. Los citados compuestos tienen la capacidad de bloquear señales electromagnéticas, lo cual es esencial para proteger equipos electrónicos (por ejemplo, ordenadores o equipos de telecomunicaciones) y mejorar la seguridad en entornos tecnológicos.
El segundo proyecto, dirigido por el profesor Vicente Sánchez-Alarcos, aborda la refrigeración magnética, una alternativa a los sistemas de refrigeración tradicionales, que utilizan gases con efectos perjudiciales para la atmósfera y el medio ambiente. En concreto, “la refrigeración de estado sólido, basada en el efecto magnetocalórico, constituye una alternativa con mayor eficiencia energética y menor impacto ambiental”, apunta el investigador Iñaki Pérez de Landazábal. Esta refrigeración emplea materiales sólidos que exhiben el efecto magnetocalórico, de tal forma que, cuando se les aplica un campo magnético, su temperatura aumenta y, al retirárselo, disminuye. Este ciclo consecutivo de aplicación y eliminación del campo magnético se usa para absorber calor de un ambiente (enfriándolo) y luego liberar ese calor en otro (calentándolo).
En este tipo de refrigeración, los dispositivos magnetocalóricos necesarios precisan ser fabricados con materiales con formas específicas para transferir mejor el calor con el entorno. El grupo de investigación de la UPNA está centrado en el uso de la impresión 3D para crear intercambiadores de calor, combinando polímeros y micropartículas magnetocalóricas, lo que permite diseñar formas más eficientes que no se pueden lograr fácilmente con métodos tradicionales. Estos diseños mejoran la eficiencia al tener una alta relación superficie/volumen: más superficie expuesta del intercambiador en comparación con su volumen total y, a mayor superficie, mejor y más rápida transferencia de calor. Este proyecto se desarrolla en colaboración con investigadores de las universidades de las Islas Baleares (UIB) y del País Vasco (UPV/EHU).
Además de estos dos proyectos, el grupo ha perfeccionado la tecnología para diseñar materiales imprimibles 3D con el fin de aplicarlos en otros campos tecnológicos. Entre los avances logrados por el grupo de investigación del Instituto INAMAT2, se incluyen materiales para la amortiguación de vibraciones mecánicas controladas por campo magnético, métodos para almacenar y decodificar información magnéticamente, y filamentos biocompatibles que liberan fármacos en el cuerpo humano mediante calentamiento local inducido por campos magnéticos externos. “Los resultados obtenidos demuestran la versatilidad de los filamentos producidos —resume Iñaki Pérez de Landazábal—. La capacidad de calentamiento se puede ajustar adecuadamente, modificando el contenido de material activo o la intensidad y frecuencia del campo magnético, en aquellas aplicaciones donde, por ejemplo, la inducción magnética juega un papel clave, como la hipertermia magnética, la liberación de fármacos, la catálisis heterogénea, la electrólisis de agua, la captura de gases o la síntesis de materiales”.
En palabras del investigador, “esta tecnología supera a los procesos tradiciones en algunos aspectos, ya que permite crear nuevos diseños, probarlos y modificarlos de forma rápida y barata antes de llegar al producto final, disminuye la cantidad de residuos, posibilita un diseño personalizado y una funcionalización específica y facilita diseños geométricos complejos”. “Además, se puede enviar el diseño y producir posteriormente el objeto en cualquier lugar del mundo donde esté disponible una impresora 3D”.
Para el desarrollo de su trabajo, el grupo de Propiedades Físicas y Aplicaciones de Materiales ha recibido financiación a través de convocatorias competitivas del Gobierno de Navarra y de la Agencia Estatal de Investigación.
Integran el grupo de investigación en Propiedades Físicas y Aplicaciones de Materiales del Instituto INAMAT2 las siguientes personas: Juan Jesús Beato López, David Gandía Aguado, Eneko Garayo Urabayen, Uxua Jiménez Blasco, Deborah Liguori, Alberto López Ortega, Alba Martínez Jiménez, Eduardo Ordoqui Huesa, Vicente Recarte Callado, Isaac Royo Silvestre, Saioa Sierra Fernández, Antonio Urbina Yeregui y Martín Zamarbide Gómara, además de Cristina Gómez Polo, Iñaki Pérez de Landazábal y Vicente Sánchez-Alarcos Gómez.
