Impresión 3D de plásticos que se transforman en cerámicas

A ciertos plásticos se les da el nombre de polímeros precerámicos porque a partir de ellos se pueden obtener cerámicas, es decir, materiales inorgánicos no metálicos como los silicatos, los óxidos, los carburo o los nitruros. Lógicamente, el polímero precerámico tiene que se inorgánico o al menos híbrido (inorgánico con partes orgánicas) y ha de contener Si, C, O o N (también B). Es decir, tiene que ser un polisiloxano (cadenas basadas en la unión SiO), un policarbosilano (SiC), un polisilazano (SiN) o un poliborosilano (SiB), o bien polímeros más complejos como los policarbosiloxanos (SiOC).

El procedimiento para obtener una cerámica a partir de un plástico de este tipo es pirolizar el plástico, o sea, quemarlo en ausencia de oxígeno. De este modo, como el plástico tiene átomos de Si, O, N, C, B…, se forman cerámicas de oxicarburo de silicio, carbonitruro de silicio, etc.

A la cerámica obtenida se le puede dar después la forma que se quiera, pero es mucho más interesante que el material cerámico ya tenga la forma deseada al obtenerlo. Por ejemplo, que tenga forma de rueda dentada para darle alguna aplicación mecánica. Eso se puede conseguir fácilmente si el polímero precerámico tiene esa forma, lo cual se logra mediante alguna técnica de impresión digital. Concretamente, es ideal la estereolitografía.

El procedimiento se ilustra en la siguiente figura:

Imagen adaptada de www. custompartnet. com

Una cierta cantidad de polímero líquido mezclado con un producto químico capaz de reticularlo se vierte en un tanque. Dentro del tanque hay una plataforma que puede subir y bajar; al inicio de la operación la plataforma está en la parte superior, mojada con una fina capa de líquido. Un programa de ordenador controla la dirección de un rayo láser, de modo que en los puntos en los que incide el láser el polímero se solidifica porque se produce su reticulación. Así se formará la primera capa del objeto que se quiere construir (la capa inferior). Después la plataforma baja aproximadamente 0,1 mm (es decir, el espesor aproximado de una capa) y se forma una nueva capa sobre la anterior gracias a la reticulación activada por el láser. Y así sucesivamente hasta conseguir el objeto tridimensional deseado. Su tamaño es menor que el del objeto de plástico del que se partió, pero como el encogimiento es isotrópico, la forma no varía.

(Se da información completa del proceso químico en el curso de la UNED Nuevos Materiales Tecnológicos).

Procediendo del modo indicado se pueden conseguir piezas cerámicas como las de la imagen de cabecera. El proceso puede esquematizarse así: