El grafeno, algo así como un 'santo grial' de los materiales por sus características y comportamiento, está siendo estudiado en todos los ámbitos de las tecnologías de fabricación, Ahora, gracias al descubrimiento de unos científicos españoles, se puede usar en impresoras 3D de forma directa.

El grafeno es carbono, igual que en un diamante o en el grafito de nuestros lápices, pero que en lugar de tener una estructura tridimensional, está en forma de una retícula hexagonal bidimensional, del grosor de un sólo átomo. Este hecho es el que le da las impresionantes características de dureza, flexibilidad, resistencia, transmisión de calor y electricidad entre otras. No obstante, esto también lo limita a la hora de hacer estructuras tridimensionales que mantengan sus características.

La investigación se ha realizado en el Imperial College de Londres , en Reino Unido, por unos 'exiliados' investigadores españoles liderados por la compostelana Esther García-Tuñón Blanca, junto a sus colegas Suelen Barg, Victoria García Rocha, Eleonora D'elia, Eduardo Saiz Gutiérrez y Robert Maher, así como otros investigadores de la Universidad de Warwick y la Universidad de Bath, también en Reino Unido; Francisco Guitián, de la Universidad de Santiago de Compostela , y Jaime Franco, de la empresa Keramat , ubicada en el Poligono Novo Milladoiro de A Coruña.

García-Tuñón y sus compañeros han enfocado su investigación hacia una nueva forma de producir grafeno que pueda ser usado en una impresora 3D para crear estructuras tridimensionales. Para ello han utilizado grafeno químicamente modificado, óxido de grafeno (GO) y reducción de óxido de grafeno (rGO), al que han añadido una minúscula cantidad de un polímero que es modificado mediante un 'interruptor químico', para conseguir una pasta o 'tinta' con base de agua.

El material resultante tiene la consistencia adecuada para ser extruído a través por una boquilla, al igual que los procesos de impresión 3D de tipo FFF (fabricación por filamento fundido), y que se mantenga en la posición en la que ha sido depositado, además de servir de soporte para las capas posteriores. La técnica de crear estructuras tridimensionales a partir de materiales bidimensionales, como el grafeno, recibe el nombre de impresión directa de tinta (DIW), también conocida como impresión y ensamblado directo (DWA) o 'Robocasting'.

La 'tinta' que han desarrollado permite usar boquillas de extrusión de tan sólo 100 micras de diámetro y su reología puede ser ajustada para otros procesos. "Nuestro objetivo era imprimir estructuras de grafeno (no compuestos a base de grafeno) usando pequeñas cantidades de aditivo y sistemas basados en agua. De esta forma se puede llevar el proceso a escala industrial de forma sencilla", explica García-Tuñón.

Como el grafeno es muy hidrófobo, no es posible hacer una tinta de grafeno con base de agua directamente, de forma que se usó óxido de grafeno como material para la tinta y una vez realizada la impresión 3D, la pieza recibe un tratamiento térmico en una atmósfera controlada para recuperar las propiedades del grafeno. Incluso otros post-procesos pueden ser realizados para modificar las características del objeto sin alterar su estructura.

Los investigadores están ya trabajando en otras formulaciones y desarrollando aplicaciones concretas como dispositivos electrónicos flexibles, membranas para limpieza de vertidos de combustibles o sensores de presión para la 'piel' de robots, así como buscando las posibles vías de comercialización del desarrollo.

No obstante, García-Tuñón declara que "aún hay muchos retos que superar tanto en la tecnología de fabricación aditiva como en el uso del grafeno (...) hay aún un largo camino por delante para conseguir usar la impresión 3D con un amplio abanico de materiales multicomponentes".

Los resultados de la invetigación han sido publicados en el Advanced Materials bajo el título "Printing in Three Dimensions with Graphene".

Hay otros proyectos a nivel global que están investigando el uso de grafeno en la impresión 3D como el que ha desarrollado la empresa Graphene 3D que creó un filamento con base de grafeno para impresoras 3D de tipo FFF, pero que no conserva la mayoría de propiedades del material una vez realizada el objeto.

En Corea del Sur también están investigando en una idea similar a la del equipo del Imperial College of London, usando óxido de grafeno para formular el material de fabricación que luego podría recuperar la composición original del grafeno.