Dentro de la fabricación de materiales, existe un tipo de material conocido como Materiales Funcionales Graduales (FGM por sus siglas en inglés). Estos materiales se caracterizan porque, entre otras cosas, sus características constitutivas pueden ir variando a lo largo de cualquiera de sus dimensiones. Esto es algo que podemos encontrar en multitud de ejemplos en la naturaleza, algunos de ellos son la formación de los huesos, o al observar cómo cambia la piel del plátano al madurar.
Por lo tanto, podemos clasificar este tipo de materiales según su tipología o según su estructura:
- Según su estructura: existen la estructura continua, cuando el cambio del material se hace de forma gradual sin interrupciones; y de estructura discontinua, cuando el cambio de material se realiza de una sola vez sin combinarse con las posiciones previas ni posteriores.
- Según su tipología: Podemos encontrar una gradación en la composición del material, pasando poco a poco de un material a otro de forma integrada. Podemos encontrar el gradiente en su porosidad, o directamente, aun siendo el mismo material, podemos realizar cambios en su microestructura.
Este tipo de materiales son cada vez más utilizados en el sector médico, especialmente en las terapias de regeneración de tejidos y en la fabricación de implantes; pero cuando tratamos de reproducirlos de forma artificial, nos encontramos con que los procesos son costosos, son difíciles de controlar, por lo que no se puede garantizar con precisión la curva de gradación, y están muy limitados en lo que a capacidades de fabricación se refiere. El Grupo de Investigación en Fabricación Integrada y Avanzada, al que pertenece la mayor parte del equipo promotor de este proyecto, y en especial Joshua García, ha conseguido patentar el principio de funcionamiento de un sistema de mezclas homogéneas de material particulado que nos permite realizar una sucesión de mezclas controladas de material que posteriormente son utilizados en una impresora 3D para fabricar materiales FGM.
Basándonos en este principio, durante la Tesis Doctoral de Joshua García, se ha desarrollado un prototipo de sistemas de mezclas programadas junto al software necesario para hacer que cualquier impresora estándar FDM sea capaz de fabricar materiales funcionales graduales.
El sistema de mezclas está compuesto por dos elementos diferenciados: El conjunto automático de alimentación de polvo, y el cabezal de mezclas para impresión FDM.
El sistema de alimentación diseñado es capaz de impulsar una cantidad determinada de hasta dos polvos diferentes de forma controlada y automatizada. Para establecer estas proporciones de polvo, se utiliza un nuevo tipo de archivo denominado Mcode, creado por Joshua García específicamente para su uso en este dispositivo.
El polvo, tras ser impulsado desde el depósito por el sistema de alimentación, llega al nuevo cabezal ciclónico, en donde se mezcla de forma homogénea; al mismo tiempo que es utilizado para ser fundido e ir fabricando la pieza que queremos.
Este prototipo está limitado a dos materiales y la mezcla de hasta 6mm3/s de material.
En cuanto a la generación de ese nuevo archivo Mcode, se ha desarrollado un programa que, a partir de división en capas de la pieza original (Laminación), es capaz de aplicar una ecuación lineal de proporciones de cada material para cada uno de los movimientos de la impresora, generando con ello el archivo Mcode necesario para la automatización de la impulsión de material. Aunque ahora mismo se limite a una gradación lineal, se espera que en futuras actualizaciones del software se puedan elegir otros tipos de gradación.
El propio proceso de impresión 3D nos pude garantizar la repetitividad de las deposiciones de material, y, al añadir el nuevo sistema de mezclas automático, somos capaces de garantizar las proporciones de mezcla a lo largo y ancho de cada capa de la pieza fabricada. Esto hace que podemos elegir con una precisión de 1 mm cualquier punto en nuestra pieza y saber qué proporción de materiales exacta tiene.
Para ofrecer estos servicios, se encuentra en desarrollo una aplicación que, mediante un cuestionario rápido previo, el cliente puede transmitir toda la información necesaria a los diferentes departamentos de la empresa; simplificando al máximo la dedicación del cliente y permitiendo agilizar la obtención del producto que este nos solicita.