Materiales poliméricos con memoria de forma en la fabricación aditiva: avances, aplicaciones y desafíos
Paula Maestro, investigadora de ingeniería en Aimplas
26/05/2025Informe del sector de la impresión 3D / fabricación aditiva 2025
Introducción
El desarrollo de materiales inteligentes capaces de responder dinámicamente a su entorno requiere de un diseño del polímero especifico teniendo en cuenta el uso final del producto y sus normativas realizando un correcto diseño de experimental para obtener dicho material. Los SMPs procesables mediante tecnologías de fabricación aditiva, requieren entre otros un control preciso de las condiciones de procesado durante la impresión, permitiendo ajustar las propiedades térmicas y mecánicas del material, optimizando así el rendimiento funcional de la estructura impresa
La característica única de la fabricación aditiva de obtener geometrías complejas añadiendo material capa a capa se complementa con las propiedades intrínsecas de los SMPs, Gracias a esta combinación se pueden obtener objetos activos, con arquitectura personalizada, lo que resulta muy interesante para el desarrollo de componentes en campos como SoftRobotics, dispositivo médicos programables, dispositivos aeroespaciales reconfigurables, etc.
Principios de los polímeros con memoria de forma
Los SMPs o polímeros con memoria de forma se sitúan en la categoría de materiales inteligentes gracias a su capacidad de recordar y recuperar su forma original, siempre que se les aplique un estímulo adecuado, hay diferentes estímulos capaces de activar una reacción en el polímero para modificar su forma.
El estímulo principal con el que se trabajan los SMPs en fabricación aditiva es el estímulo térmico que consiste en el calentamiento por encima de la temperatura de transición vítrea (Tg) o de la temperatura de fusión (Tm).
Otros estímulos pueden ser, radiación ultravioleta (UV) o luz visible, campo eléctrico, campo magnético, humedad o agua, y por último pH o agentes químicos.
El ciclo de funcionamiento de los SMPs implica cuatro etapas clave:
- Calentamiento inicial: se eleva la temperatura del polímero por encima de su Tg o Tm
- Deformación mecánica: bajo calor, se aplica una fuerza externa para cambiar la forma del material
- Fijación de la forma temporal: mientras se mantiene la deformación, se enfría el polímero por debajo de Tg o Tm
- Recuperación de la forma: al recalentar el material por encima de Tg o Tm sin aplicar carga, se recupera la forma original.
Procesamiento.
Existe una gama de polímeros con memoria de forma (SMPs), específicamente los termoplásticos que son procesables mediante tecnologías de fabricación aditiva, especialmente tecnologías FDM (Modelado por deposición fundida) y SLS (sinterización selectiva por láser. No todos los polímeros SMP son procesables por fabricación aditiva, a continuación, referenciamos los principales SMPs utilizados mediante tecnologías de fabricación aditiva.
Parámetros de impresión FDM en polímeros con memoria de forma (SMPs)
Para la impresión de SMPs en fabricación aditiva hay que tener en cuenta ciertas consideraciones. Por un lado, la selección del polímero, esto dependerá de la temperatura de activación, la resistencia mecánica requerida y las capacidades del equipo de fabricación aditiva. Por otro lado, se tendrán en cuenta los parámetros de temperatura, patrón de deposición y orientación de la impresión, estos parámetros afectan tanto a las propiedades mecánicas del objeto como a la eficiencia de recuperación de memoria de forma. Por último, es fundamental controlar el grado de cristalinidad y la integración de las cadenas moleculares durante el procesamiento para preservar el efecto de memoria.
La fabricación aditiva por deposición fundida es una de las técnicas más accesibles y utilizadas, a su vez es una de las técnicas más adecuadas para el uso de polímeros termoplásticos con memoria de forma (SMPs). Sin embargo, la naturaleza anisotrópica y térmicamente sensible de estos materiales convierte en críticos los parámetros de impresión, ya que pueden afectar no solo a las propiedades mecánicas si no también la eficiencia de la recuperación de la memoria de forma, por ello a continuación se estudian los principales parámetros y su impacto.
En la siguiente tabla se referencian los principales parámetros y su impacto en la recuperación de forma.
Estos casos muestran cómo la impresión FDM de SMPs no solo es una cuestión de compatibilidad material, sino de una estrategia de parametrización orientada a la funcionalidad final del producto.
Conclusión
En conclusión, los polímeros termoplásticos con memoria de forma procesables por fabricación aditiva ofrecen un balance entre funcionalidad activa y versatilidad de diseño, permitiendo desarrollar piezas inteligentes personalizadas mediante impresión 3D.
Desde Aimplas se ha colaborado en la investigación y desarrollo de SMPs en proyectos como SmartGuide donde se estudia la copolimerización del PLA para obtención de un material con memoria de forma que responde a estímulos térmicos aplicable a desarrollo de dispositivos médicos. O en Hibri4D donde entre otros se investigó y desarrolló un Polímero Hibrido compuesto con nanopartículas, procesable por FDM que modificaba su forma impresa en respuesta a estímulos magnéticos.
Tal y como se ha visto, imprimir SMPs mediante FDM no es solo cuestión de procesar un material compatible: por un lado, requiere una investigación y desarrollo de materiales con una correcta copolimerización o mezcla de matrices y cargas, a su vez requiere una gestión precisa de parámetros para maximizar tanto las propiedades mecánicas como la respuesta funcional de memoria de forma, adaptadas a la aplicación final.
