El problema fundamental de la impresión 3D de alta resolución ha sido la imposibilidad de reciclar el material residual. Hasta ahora, la estereolitografía, la técnica más avanzada para imprimir estructuras a escala atómica, utilizaba rayos ultravioleta para curar resinas, creando redes químicas irreversibles que no podían recuperarse una vez solidificadas. Como explica Shoji Maruo, profesor de la Facultad de Ingeniería de Yokohama y coautor correspondiente del estudio, "las resinas convencionales forman redes entrecruzadas irreversibles, y las resinas 'reciclables' propuestas anteriormente requerían la adición de aditivos químicos para su reutilización o se degradaban rápidamente después de uno o pocos ciclos de reutilización".

El equipo de investigación de Yokohama identificó en el antraceno (C14H10), un hidrocarburo aromático policíclico sólido con tres anillos de benceno fusionados, la clave para resolver este desafío. El antraceno, componente del alquitrán de hulla utilizado en la creación de plásticos y tintes, posee propiedades únicas: cuando se expone a la luz, forma enlaces químicos tridimensionales entrecruzados mediante un proceso llamado fotodimerizacion, pero cuando se calienta, estas sustancias pueden regresar a sus formas originales aplanadas.

"La reacción reversible de fotodimerizacion del antraceno podría ser un método práctico para desarrollar una resina verdaderamente reutilizable libre de iniciadores que pueda mantener el rendimiento a través de múltiples ciclos de reciclaje mientras soporta estereolitografía de alta precisión", señala Maruo.

El equipo sintetizó resina de antraceno y desarrolló dos métodos para curarla: microstereolitografía de fotón único capa por capa, y litografía de dos fotones, que causa que la resina absorba dos fotones simultáneamente. Al evaluar la precisión de modelos de mariposas impresos en 3D a diferentes velocidades, encontraron que su método funcionaba tan bien como los medios tradicionales.

Masaru Mukai, profesor asistente especialmente designado en la Facultad de Ingeniería de Yokohama y actualmente en la Universidad de Ciencias de Tokio, explica que "la resina reciclable puede ser patronizada con precisión en formas arbitrarias usando escaneo láser, confirmando su idoneidad para litografía de dos fotones".

El aspecto revolucionario del método de polimerización de crecimiento por pasos de Yokohama radica en que el curado de la resina no requiere iniciadores, es decir, sustancias químicas que induzcan reacciones. Como señala Mukai, "la fotodimerizacion reversible del antraceno proporciona una ruta práctica hacia materiales reciclables para impresión 3D basada en luz".

Los investigadores demostraron la viabilidad del sistema mediante pruebas rigurosas: imprimieron una letra, la derritieron, imprimieron otra letra, luego imprimieron un cubo, lo derritieron e imprimieron un disco. Completaron diez rondas de este ciclo de impresión-fusión-reimpresión, y la degradación del material fue negligible incluso en comparación con estudios previos sobre resinas estereolitográficas reutilizables.

El equipo de Yokohama confirmó que "una resina fotocurable puede ser reciclada múltiples veces con cambios comparativamente pequeños en el rendimiento del material, mientras permanece compatible tanto con estereolitografía de dos fotones como de fotón único". El resultado, según Mukai, es que "la reutilización y la fabricación de alta precisión pueden combinarse más efectivamente que en resinas reciclables reportadas anteriormente".

Según Maruo, la reciclabilidad es prácticamente ilimitada. "Las resinas reciclables reportadas anteriormente dependían de fotoiniciadores, pero la resina en este estudio se cura mediante polimerización por pasos sin la necesidad de iniciadores", explica. "Esta característica única simplifica la formulación de la resina, elimina la contaminación de aditivos y permite una reciclabilidad casi completa".

Las implicaciones de este avance son profundas. En la Tierra, el reciclaje de resinas reduce tanto costos como impacto ambiental, permitiendo que empresas de impresión 3D, operaciones de modelado de garaje y proveedores de ayuda en desastres maximicen sus recursos. En contextos espaciales, donde transportar material es exponencialmente costoso, la capacidad de reciclar resinas múltiples veces sin degradación significativa es crítica para la viabilidad de futuras colonias en la Luna y Marte.

El equipo de investigación ya ha identificado sus próximos pasos: adaptar la resina para impresión 3D a gran escala y mejorar la respuesta al calor y la longevidad del material. Si tienen éxito, habrán acercado significativamente la viabilidad de potenciales colonias humanas en la Luna y Marte, donde la capacidad de reutilizar recursos de manufactura de manera indefinida es fundamental para la sostenibilidad a largo plazo.