Impresión 3D
Los camaleones sirven de inspiración para las nuevas impresoras 3D
Los investigadores planean modificar el color cambiando la nanoestructura de los materiales en vez de mezclar distintos tintes, como es habitual en la actualidad.
Los investigadores de la Universidad de Illinois han publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences un nuevo invento que promete revolucionar la impresión 3D. Este método permitiría crear cualquier color del espectro de luz visible con una única tinta . Para ello emplean un mecanismo que modula la luz ultravioleta encargada de modificar la tinta para crear finísimas capas y estructuras que cambian cómo el material refleja la luz que le llega . De forma similar a un camaleón, pueden favorecer que reboten los fotones de un color u otro, creando lo que se denominan “colores estructurales”. Esta técnica promete abaratar los costes de la impresión 3D en ciertos procesos industriales.
Un juego de luces
Para entender por qué funciona este invento, es necesario entender qué es un color y, para ello, qué mejor que empezar hablando de la luz. La luz que nos llega del Sol son fotones creados por los procesos termonucleares que ocurren en su interior, así como por la inmensa temperatura de sus átomos. Según la energía que tengan, los fotones vibran mientras se desplazan, es decir, se mueven por el espacio formando ondas, las denominadas ondas electromagnéticas. Las ondas más energéticas y, por tanto, las que vibran más rápidamente, son las denominadas ultravioleta, rayos X y rayos gamma, y las menos energéticas son las infrarrojas, de microondas y de radio. Justo en medio de estas ondas se encuentra la luz visible, es decir, aquella radiación electromagnética que podemos detectar con nuestros ojos.
Para detectar un color, un fotón que tenga la longitud de onda equivalente a ese color ha de chocar con los conos del fondo de la retina y excitarlo. Pero antes de eso, ese mismo fotón ha de rebotar en un objeto.
Es decir, por seguir el recorrido de los fotones: Primero, un haz de luz que contiene gran parte del espectro electromagnético sale del Sol. De este haz, los rayos UV se pierden en su mayoría en la capa de ozono y, a tierra, llega sobre todo luz visible e infrarroja. El haz choca con un objeto y es absorbido, en su mayoría, por su superficie. Los fotones que no son absorbidos rebotan en el objeto y salen despedidos hacia los conos de nuestros ojos, que se activarán y mandarán la señal al cerebro para que interprete el color.
Por tanto, cuando vemos un objeto rojo, este objeto está absorbiendo todos los colores del haz de luz menos los fotones del color rojo, que rebotan en su superficie y llegan a nuestras retinas. Para un objeto azul, lo mismo, pero la longitud de onda electromagnética que rebota corresponde a la del azul. En el blanco rebotan todos los colores y en el negro ninguno.
En la actualidad se conocen una gran variedad de pigmentos, así como sus mezclas, que nos permiten llenar de color el mundo. Sin embargo, muchos de estos pigmentos son caros, difíciles de obtener, o con un alto coste medioambiental, por ello, se están estudiando otros métodos para obtener colores más duraderos cambiando la estructura del propio material.
Los camaleones ya lo hacían
Un color estructural no depende del pigmento que se utilice, si no que tiene que ver con la modificación del rebote de los fotones en la superficie del objeto. Esto quiere decir que el exterior del objeto está creado con ciertas rugosidades y estructuras que solo permiten escapar y devolver los colores que deseemos. También hay algunos colores diseñados para que no escape prácticamente ningún fotón del espectro visible, como el Vantablack, uno de los tonos de negro más famosos. Este color es tan negro porque gracias a su estructura formada por nanotubos de carbono es capaz de absorber el 99,965% de la luz visible. Ahora bien, aunque el color estructural parezca algo sacado de la ciencia ficción, la naturaleza lo lleva empleando desde hace millones de años. Estos métodos son los que emplean, por ejemplo, los camaleones para camuflarse, o las mariposas para obtener unos colores tan vibrantes en sus alas.
Superponiendo capas
La tinta que emplean los investigadores está formada por pequeñas piezas (monómeros) que se unen unas con otras (polimerizan) cuando se les aplica luz ultravioleta. Controlando de forma dinámica la aplicación del ultravioleta durante el proceso de impresión, los investigadores pueden crear polímeros que reflejen un color u otro, e incluso gradientes de color desde el azul hasta el naranja. De este modo, se crean colores más duraderos, vibrantes y que únicamente requieren una tinta, lo que podría abaratar los costes de ciertos procesos industriales.
QUE NO TE LA CUELEN:
- En el caso de un camaleón, en su piel se encuentran unas estructuras especiales denominadas “cristales fotónicos” que se acercan o se separan cuando el camaleón encoge o estira la piel. Es decir, tiene unas estructuras que reflejan la luz y que, cuando las acerca o las separa, dejan escapar un fotón de un color u otro, lo que se traduce en un ‘cambio de color’. Con las mariposas sucede algo similar, pero estático. Si tomásemos una mariposa azul y tratásemos de extraer un pigmento azul, observaríamos que no existe ningún pigmento de ese color en las alas de la mariposa. La estructura de las propias alas de estos insectos es la que permite que únicamente escapen los fotones equivalentes a la luz azul. Y esto mismo es lo que han intentado replicar en el laboratorio para las impresoras 3D.
Referencias (MLA):
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