La naturaleza hace cosas asombrosas con materiales de diseño limitados. El césped, por ejemplo, puede soportar su propio peso, resistir fuertes cargas de viento y recuperarse después de ser comprimido.
La resistencia de la planta proviene de una combinación de su macroestructura tubular hueca y su microestructura porosa o celular. Estas características arquitectónicas trabajan juntas para dar al césped sus propiedades mecánicas robustas.
Inspirados en las estructuras celulares naturales, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John SE Paulson de Harvard SEAS, el Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de la Universidad de Harvard y el MIT han desarrollado un nuevo método para imprimir materiales en 3D con independenciaporosidad sintonizable de macro y microescala usando una tinta de espuma cerámica.
Su enfoque podría usarse para fabricar materiales estructurales livianos, aislamiento térmico o andamios de tejido.
La investigación se publica en el Actas de la Academia Natural de Ciencias .
"Al expandir el espacio compositivo de los materiales imprimibles, podemos producir estructuras livianas con una rigidez excepcional", dijo Jennifer Lewis, profesora de ingeniería biológica de Hansjorg Wyss en SEAS y autora principal del artículo. Lewis también es miembro de la facultad principal deel Wyss.
La tinta de espuma cerámica utilizada por Lewis Lab contiene partículas de alúmina, agua y aire.
"Las tintas de espuma son interesantes porque puedes modelar digitalmente microestructuras celulares dentro de macroestructuras celulares más grandes", dijo Joseph Muth, un estudiante graduado en el Laboratorio Lewis y primer autor del artículo. "Después de que la tinta se solidifica, la estructura resultante consiste en airerodeado de material cerámico en escalas de longitud múltiple. A medida que incorporas porosidad en la estructura, impartes propiedades que de otro modo no tendrían ".
Al controlar la microestructura de la espuma, los investigadores ajustaron las propiedades de la tinta y cómo se deformaba en la microescala. Una vez optimizada, el equipo imprimió panales livianos hexagonales y triangulares, con geometría, densidad y rigidez ajustables.
"Este proceso combina lo mejor de ambos mundos", dijo Lorna Gibson, profesora de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Matoula S. Salapatas en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, que fue coautora del artículo. "Usted obtiene el control microestructural con procesamiento de espuma ycontrol arquitectónico global con la impresión. Debido a que estamos imprimiendo algo que ya contiene una microestructura específica, no tenemos que modelar cada pieza individual. Eso nos permite hacer estructuras con una jerarquía específica de una manera más controlable que antes."
"Ahora podemos hacer materiales multifuncionales, en los que se pueden optimizar muchas propiedades de materiales diferentes, incluidas las características mecánicas, térmicas y de transporte, dentro de una estructura que se imprime en un solo paso", dijo Muth.
Si bien el equipo se centró en un solo material cerámico para esta investigación, las tintas de espuma imprimibles se pueden hacer de muchos materiales, incluidos otros materiales cerámicos, metales y polímeros.
"Este trabajo representa un paso importante hacia la fabricación escalable de materiales porosos arquitectónicos", dijo Lewis.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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