28.09.2021 - Michigan Technological University

Las nano tintas 3D superan los límites de la industria

Una nueva tinta de nanocompuesto polimérico imprimible en 3D tiene propiedades increíbles y muchas aplicaciones en el sector aeroespacial, la medicina y la electrónica

Investigadores de ingeniería mecánica de la Universidad Tecnológica de Michigan han creado una forma de fabricar una tinta polimérica nanocompuesta imprimible en 3D que utiliza nanotubos de carbono (CNT), conocidos por su gran resistencia a la tracción y su ligereza. Esta revolucionaria tinta podría sustituir a los epoxis, y entender por qué sus propiedades son tan fantásticas es un primer paso hacia su uso masivo.

La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, es más versátil y eficiente que la fundición. Añade un material con precisión, a menudo en geometrías complejas, con mucho menos exceso que cortar. La adición de nanomateriales de baja dimensión, como los CNT, el grafeno, las nanopartículas metálicas y los puntos cuánticos, permite que los materiales impresos en 3D se adapten a los estímulos externos, dándoles características como la conductancia eléctrica y térmica, el magnetismo y el almacenamiento electroquímico.

Pero la impresión en 3D con plástico, metal u otra cosa no es nueva. Lo que los investigadores de Tech han hecho de forma diferente es utilizar nanocompuestos poliméricos (hechos de epoxi, nanotubos de carbono y nanoarcilla) y un proceso de impresión que no sacrifica la funcionalidad. La unión del tipo de material y la morfología -tamaño, forma y estructura- en las tintas de nanocompuestos poliméricos es lo último en cuanto a la unión de forma y función.

La exploración del proceso, la morfología y las propiedades de las tintas poliméricas es el tema de un artículo publicado recientemente en la revista Additive Manufacturing por Parisa Pour Shahid Saeed Abadi, una ingeniera que explora la interfaz de los materiales, la mecánica y la medicina, y el estudiante de posgrado Masoud Kasraie.

Abadi y Kasraie señalan que antes de que los investigadores puedan lanzarse a la carrera con tintas poliméricas, primero deben aprender a caminar. El primer paso es profundizar en la intersección entre la macroescala (cómo ven nuestros ojos el rendimiento de un material) y la nanoescala (lo que no podemos ver, pero sabemos que ocurre).

Construir la comprensión antes de la cuota de mercado

Mientras que los nanocompuestos de polímeros y los productos y servicios de impresión 3D tienen valores de mercado de miles de millones de dólares, la impresión 3D de nanomateriales sólo tiene un valor de mercado de aproximadamente 43 millones de dólares, señaló Abadi.

"Para la prosperidad nacional y el mantenimiento del liderazgo mundial en la fabricación, es necesario cerrar la brecha entre las aplicaciones en el mundo real de la impresión 3D y los nanomateriales frente a la impresión 3D con nanomateriales", dijo Abadi. "La brecha existe debido a la falta de control de las propiedades de los nanocompuestos en el proceso de impresión 3D, porque no entendemos del todo la relación proceso-morfología-propiedades".

El cuello de botella es la comprensión de la compleja interacción entre la mecánica a macroescala de los procesos de impresión en 3D y la mecánica y la física a nanoescala de los nanocompuestos. La investigación de Abadi y Kasraie trata de eliminar el cuello de botella explorando la relación entre los parámetros del proceso de impresión 3D y la morfología de los nanomateriales en las tintas de impresión de nanocomposites, que es la pieza más importante pero menos explorada del rompecabezas.

Las múltiples ventajas de las tintas con nanomateriales

Más allá de la ciencia de la tinta de nanocompuestos, el material es muy prometedor por sus muchas funcionalidades. Una de las ventajas de la impresión 3D es el control casi total de la forma del producto final.

La conductividad de la tinta de nanomateriales de Abadi y Kasraie es un rasgo excepcionalmente útil que confiere al epoxi impreso el potencial de servir de cableado eléctrico, ya sea en una placa de circuitos, en el ala de un avión o en actuadores impresos en 3D para guiar catéteres en los vasos sanguíneos. Otra característica útil de la tinta de polímero nanocompuesto es su resistencia.

"En comparación con el acero y el aluminio, observamos una reducción de peso del 80% con el compuesto epoxi con la misma resistencia", dijo Kasraie.

Por último, en el campo de la medicina y la industria aeroespacial y electrónica, donde los defectos y daños pueden suponer un gran problema, los nanocompuestos cumplen una función de seguridad.

"Cuando algo se rompe, una pequeña grieta parte de un defecto a microescala y avanza hasta romper toda la estructura", explica Abadi. "Los nanocompuestos hacen puentes en esas grietas y no dejan que éstas crezcan. Este es uno de los mecanismos por los que los nanotubos de carbono aumentan la resistencia mecánica del material".

La relación propiedad-peso, la conductividad eléctrica, el aumento de la resistencia y la facilidad de aplicación son sólo algunas de las muchas razones prometedoras por las que las tintas de nanocompuestos poliméricos probablemente sustituirán a los epoxis tradicionales.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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