Resinas de impresión 3D sostenibles a partir de fuentes vegetales

La industria de la impresión 3D se encuentra en un momento clave de transformación para avanzar hacia modelos de producción más sostenibles y respetuosos con el medio ambiente. Uno de los principales retos es sustituir las resinas de origen fósil, ampliamente utilizadas, por alternativas renovables que mantengan las prestaciones técnicas exigidas por los procesos de impresión con luz, como la fotopolimerización rápida con buena estabilidad mecánica de los prototipos impresos.

Las resinas poliméricas han sido uno de los materiales más utilizados desde los inicios de la impresión 3D, especialmente en tecnologías que emplean luz para solidificarlas, como es el caso de las técnicas de impresión digital con luz (DLP). Estas resinas se forman a partir de compuestos líquidos, denominados monómeros y oligómeros, que se vuelven sólidos al polimerizarse bajo la acción de luz ultravioleta (UV) o luz visible (vis). Aunque en otros tipos de impresión 3D, como el Fused Deposition Modeling (FDM), ya se utilizan materiales más sostenibles, como el PLA (hecho a partir de almidón de maíz), en el caso del material de partida para impresión DLP esto no es tan fácil. Fabricar resinas con componentes naturales es complejo porque estas materias primas deben permitir reacciones de polimerización (la reacción química que las transforma en plástico) en estado líquido y sin disolventes.

En este contexto, se han desarrollado nuevas resinas poliméricas 3D a partir de monómeros provenientes de diversas fuentes naturales, como el ácido succínico, el ácido málico y el ácido tartárico, presentes en alimentos como el maíz, el brócoli, las manzanas o las uvas. El objetivo del proyecto es impulsar las tecnologías de fabricación aditiva mediante un proceso de maduración tecnológica y promover su implantación en la industria catalana de fabricación de prototipos plásticos.

La investigación se ha desarrollado en dos fases. En la primera, liderada por el IMEM-BRT, se preparó la resina polimérica a partir de materiales de origen vegetal para ser impresa en 3D. Posteriormente, el área de Conocimiento y Transferencia de Tecnología de ICIQ y Proyectos Industriales (ICIQ-KTT) imprimió la resina.

En la impresión 3D con luz se requieren resinas líquidas, libres de disolventes y con una buena cinética de polimerización (es decir, qué tan rápido se produce la reacción de polimerización y qué pasos químicos intervienen) para que sea industrialmente viable. Estos monómeros permiten obtener, en una sola etapa de síntesis, resinas funcionales que pueden ser utilizadas en impresoras del tipo digital light processing (DLP) o de estereolitografía (SLA).

Con esta metodología, los investigadores han conseguido fabricar resinas con hasta un 50% de contenido de origen vegetal, y las piezas impresas presentan buena estabilidad estructural y una alta tasa de biodegradación. No obstante, para garantizar las propiedades necesarias de polimerización y estabilidad mecánica, fue necesario combinar estos componentes naturales con co-mónomeros derivados del petróleo. Algunas formulaciones iniciales mostraron fragilidad térmica, especialmente aquellas basadas en los ácidos málico y tartárico. Por ello, el equipo optó por centrarse en combinaciones más robustas, priorizando el uso del ácido succínico.

Impacto

La iniciativa contribuye a la transición hacia una economía circular y baja en carbono, reduciendo el uso de recursos fósiles y promoviendo el aprovechamiento de materias primas renovables en el sector de la fabricación aditiva. Las resinas desarrolladas ofrecen una alternativa viable para la producción de piezas 3D con propiedades adecuadas para aplicaciones industriales, médicas y educativas, favoreciendo la implantación de soluciones ecológicas en entornos reales.

Socios y financiación

Este es el segundo tipo de resinas poliméricas que el ICIQ y la UPC han desarrollado dentro del proyecto Base3D, en el grupo Light3D, liderado por LEITAT. La primera fue un polímero biodegradable que permitió imprimir con excelentes propiedades mediante impresoras DLP.
El grupo IMEM-BRT forma parte del Centro de Investigación en Ciencia e Ingeniería Multiescala (CCEM) de la UPC, acreditado como Unidad de Excelencia María de Maeztu. Actualmente cuenta con un laboratorio de impresión 3D equipado con impresoras para Fused Deposition Modeling (FDM), para extrusión de hidrogeles y bio-tintas, y para polimerización de resinas mediante curado con luz UV regulable a 365 nm, 395 nm y 405 nm.
El proyecto se ha enmarcado en el Proyecto Base-3D (001-P-001646), liderado por el CIM UPC y fue cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) en el marco del Programa Operativo FEDER de Cataluña 2014-2020. Dotado con un presupuesto de 3.774.442,41 €, tuvo una duración de 36 meses (2020-2022).