Un brillante brazo robótico se sumerge en un baño de lo que parece una tinta gris lechosa en el laboratorio de Carbon en Redwood City (EEUU). Vuelve a subir lentamente para sacar un cubo de plástico enrejado que chorrea tinta del baño: es un modelo a gran escala de la estructura porosa del hueso.

El CEO y cofundador de Carbon, Joseph DeSimone, observa el proceso. Químico de polímeros de formación, DeSimone ayudó a inventar estas máquinas y aún se deleita cuando las ve trabajar. Es una forma de impresión 3D, pero se hace mediante una nueva técnica más rápida que las anteriores y funciona con muchos más tipos de plástico. La forma en la que la impresora extrae el objeto del baño crea la ilusión de que la pieza extraída ya existía. Pero en realidad, el líquido es un material precursor fotosensible. Un proyector digital proyecta luz ultravioleta sobre el fondo de la reja, en el primero de los dos pasos necesarios para endurecer el material que formará el objeto de plástico. 

Foto: Las Adidas Futurecraft 4D incluyen entresuelas impresas por Carbon.

Gracias a su técnica para imprimir objetos rápidamente con polímeros de alto rendimiento como poliuretanos y resinas de epoxi, Carbon, que nació hace cuatro años, persigue un enfoque diametralmente distinto al de otros métodos de impresión 3D, que colocan capas de plástico una por una. Eso limita la calidad de muchos productos impresos en 3D, pero Carbon fabrica un objeto mediante un proceso continuo, lo que evita algunos de los problemas más típicos de la impresión 3D. DeSimone afirma que su tecnología permite imprimir objetos poliméricos rápidamente, y en algunos casos hasta miles de veces más rápido que otras impresoras 3D, y emplean un abanico más amplio de materiales, incluidos elastómeros flexibles y plásticos duros y resistentes. Su avance ha situado a Carbon en el puesto 18 de la lista de las 50 Empresas más Inteligentes de 2017.

La tecnología de la impresión 3D existe desde la década de 1980 y sus defensores promulgan su potencial de generar objetos con complejas estructuras fácilmente. Son objetos que no pueden fabricarse mediante otras técnicas, pero también se pueden crear estructuras personalizadas como dispositivos médicos o ropa con la misma facilidad con la que se imprimen imágenes distintas sobre una hoja de papel. Sin embargo, hay dos retos que han limitado la impresión 3D a una tecnología nicho: su lentitud y el limitado abanico de materiales para los que es apta. Recientemente, empresas como HP, que vende impresoras 3D para fabricar piezas de nailon de alta resistencia, y Desktop Metal (ver Una impresora 3D para metales amenaza con reventar los cimientos de la fabricación mundial), cuyas máquinas emplean varias aleaciones metálicas, están intentando que la tecnología tenga más peso en la fabricación al aumentar su velocidad y emplear materiales típicos de los procesos industriales. Carbon se une ahora a este campo cada vez más abarrotado. Respaldada por 195 millones de euros de inversores como GE Ventures y Google Ventures, de Alphabet, la empresa ha creado un proceso que denomina "síntesis de luz digital" en lugar de impresión 3D, una referencia a su innovadora base química.

La creciente lista de clientes de Carbon aporta credibilidad a DeSimone cuando dice que la impresión 3D por fin está lista para fabricar piezas personalizadas en masa. El director creativo global de Adidas, Paul Gaudio, afirma: "El volumen y la velocidad que podemos lograr con la pionera síntesis de luz digital de Carbon son inauditas. Es casi mágico". Adidas (puesto 38 de la lista de las 50 Empresas más Inteligentes de 2017) probó otras impresoras 3D para su proyecto de hacer zapatillas personalizadas para el mercado de masas, pero ninguna era apta a gran escala. Así que Adidas se ha decantado por la tecnología de Carbon para fabricar entresuelas de elastómero para zapatillas, empezando con 5.000 pares el próximo otoño e invierno. La empresa espera imprimir millones de pares, incluidos modelos personalizados, para 2021. Otros clientes están aprovechando la tecnología de Carbon para imprimir piezas para motocicletas eléctricas, torres de servidores y sistemas de enfriamiento, que hasta la fecha han resultado imposibles o muy difíciles de fabricar con otros métodos. 

Mezclando polímeros

Antes de fundar Carbon en 2013, DeSimone trabajó como químico de polímeros en la Universidad de Carolina del Norte (EEUU). En 2012, cuando la impresión 3D empezaba a hacerse popular entre los hackers que utilizaban modelos domésticos, DeSimone recibió una llamada. Era Alex Ermoshkin, un antiguo alumno que trabajaba para una distribuidora de fármacos que había fundado DeSimone a principios de la década de 2000. Ermoshkin acudió a él con una idea de negocio: ¿le interesaría fundar una empresa dedicada a fabricar impresoras 3D más baratas?

DeSimone, que tenía experiencia con la tecnología, sintió curiosidad. Sugirió que Ermoshkin hiciera una búsqueda de patentes para averiguar qué faltaba en el campo. El joven encontró muchas descripciones de técnicas para imprimir objetos tridimensionales capa a capa, algunos de las cuales empleaban luz ultravioleta para unir los elementos químicos constituyentes y endurecerlos para formar polímeros. La estereolitografía es uno de los métodos originales de la impresión 3D, pero siempre se ha visto limitada por las propiedades de los plásticos endurecidos por luz ultravioleta, que son rígidos y poco resistentes. Además, los productos creados capa a capa tienden a ser débiles. La estereolitografía es útil para hacer prototipos, pero no para las piezas finales. Además, las impresoras eran muy lentas, y tardaban horas o incluso días en fabricar objetos grandes.

Los dos emprendedores empezaron a pensar en cómo imprimir de piezas de golpe. Según DeSimone, su inspiración llegó de la película de 1991 Terminator 2: El día del juicio, en la que el robot humanoide T-1000 emergía de un baño de líquido metálico para alzarse sobre dos piernas. En el sistema que imaginaron DeSimone y Ermoshkin, se proyectarían patrones de luz sobre el baño, como imágenes sobre una pantalla de cine, a medida que el brazo de la impresora iba ascenciendo. Cuando el material se endureciera, crearía un objeto de golpe, en lugar de por capas.

Uno de los retos más complicados que tuvo que resolver el equipo fue impedir que los objetos se pegaran al fondo de la bañera. DeSimone ideó la solución: una ventana permeable al oxígeno, que se aprovecha del hecho de que estas reacciones catalizadas por luz ultravioleta no funcionan en presencia de el oxígeno. Es un detalle pequeño, pero crucial.

El vicepresidente de materiales de Carbon, Jason Rolland, explica que la empresa se ha centrado en superar las limitaciones de los polímeros activados por luz utravioleta mediante mezclas que ofrecen un amplio abanico de propiedades. El sistema es capaz de imprimir 12 clases de materiales, unos más resistentes, otros flexibles, también los hay blandos y hasta algunos capaces de soportar enormes pesos. Uno, un éster de cianato capaz de aguantar temperaturas de hasta 231°C, es apto para piezas de coches y naves espaciales. Otra clase, los elastómeros, incluye los materiales blandos como los que necesita Adidas.

DeSimone prevé "una apps para resinas" donde los clientes podrán comprar los materiales de impresión que necesiten.

Escalando

Carbon trabajó con Adidas en 150 iteraciones distintas del elastómero de su nueva zapatilla, que emplea una entresuela impresa con una estructura enrejada. Las propiedades mecánicas de la estructura se pueden individualizar al cambiar el patrón de los agujeros y puntales, llevando así la personalización a una gran escala.

En el vestíbulo de Carbon, una gran pantalla muestra el estado operativo de todas sus impresoras, tanto las de la sede como las de sus clientes. La empresa vende los dispositivos bajo un modelo de subscripción y después colabora con los clientes para definir los materiales y diseños correctos. Cada seis semanas, más o menos, Carbon envía actualizaciones de software basadas en lo que ha observado en el campo, una táctica inspirada por Tesla, el antiguo empleador del vicepresidente de ingeniería de Carbon, Craig Carlson. Carbon ahora está desarrollando software de aprendizaje automático para ayudar a generar el diseño de impresión y parámetros óptimos para cualquier producto determinado. DeSimone concluye: "Queremos detectar los problemas antes de imprimir".