Los investigadores de Virginia Tech han creado una forma novedosa de imprimir en 3-D el tipo de materiales poliméricos de alta temperatura comúnmente utilizados para aislar naves espaciales y satélites del calor y el frío extremos.
Anteriormente, la poliimida solo podía fabricarse en hojas.
El material, conocido formalmente como Kapton, es un polímero aromático compuesto de carbonos e hidrógenos dentro de los anillos de benceno, que proporciona una estabilidad térmica y química excepcional. Pero debido a esta estructura molecular, el material es notoriamente difícil de producir en cualquier formato que no sealáminas delgadas. Kapton a menudo se usa en el aislamiento de múltiples capas que forma la envoltura exterior de naves espaciales, satélites y rovers planetarios para protegerlos del calor y el frío extremos. A menudo se confunde con "lámina de oro".
Durante un proceso de un año, los investigadores de la Facultad de Ingeniería y la Facultad de Ciencias pudieron sintetizar las macromoléculas, lo que les permitió mantenerse estables y mantener sus propiedades térmicas para el procesamiento en la impresión en 3D. Con este avance, el alto-El polímero de rendimiento ahora podría usarse teóricamente en cualquier forma, tamaño o estructura. Y no solo dentro de la industria aeroespacial. El mismo material se puede encontrar en decenas de dispositivos electrónicos, incluidos teléfonos celulares y televisores.
"Las rutas de procesamiento convencionales tienen ingenieros limitados para hacer solo películas delgadas de estos materiales", dijo Christopher Williams, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Mecánica en la Facultad de Ingeniería y líder de Diseño, Investigación y Educación para la Fabricación AditivaSystems DREAMS Laboratory ". Ahora que podemos imprimir en 3D estos materiales, podemos comenzar a diseñarlos e imprimirlos en formas 3D mucho más complejas, lo que nos permite aprovechar sus excelentes propiedades en una gama mucho más amplia deaplicaciones "
Los materiales utilizados actualmente en la impresión 3D no tienen la alta resistencia y rigidez en los amplios rangos de temperatura frío-calor necesarios para los extremos del espacio. Por lo general, los polímeros imprimibles comienzan a perder su resistencia mecánica a aproximadamente 300 grados Fahrenheit.
Este nuevo polímero mantiene sus propiedades por encima de 680 grados Fahrenheit, dijo el equipo de investigación. "Ahora podemos imprimir el polímero con la temperatura más alta que haya existido, aproximadamente 285 grados Fahrenheit más alta en temperatura de deflexión que cualquier otro polímero imprimible existente. Además, nuestroEl material impreso en 3D tiene una resistencia equivalente al material de Kapton de película delgada procesado convencionalmente ", dijo Williams.
El techo resistente al calor del material antes de la degradación es de 1,020 grados Fahrenheit
"Podemos imaginar que esto se usa para imprimir una estructura satelital, que sirve como un filtro de alta temperatura o una boquilla de flujo de alta temperatura", dijo Williams, el miembro principal de la facultad de Electro-Mechanical Corporation en sistemas de fabricación avanzados. "Podemosimagine usar las amplias posibilidades geométricas y de microescala que ofrece la impresión 3D para mejorar aún más los diseños existentes, por ejemplo, un satélite más liviano, un filtro que proporciona un flujo óptimo / eficiente, una boquilla con una ruta de flujo diseñada que permite una mayor velocidad de salida yeficiencia."
Un avance clave en el proyecto ocurrió en el laboratorio de Timothy Long, profesor del Departamento de Química, parte de la Facultad de Ciencias, y también director del Instituto de Innovación Macromolecules MII, ubicado dentro del Instituto de Virginia Techpara Tecnología Crítica y Ciencias Aplicadas. Williams es director asociado de MII.
Allí, Long, trabajando con la entonces investigadora postdoctoral Maruti Hegde, ahora investigadora asociada en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, estaba explorando la posibilidad de hacer formas impresas en 3D a partir de polímeros aromáticos, como Kapton.Los investigadores, junto con un equipo de estudiantes de posgrado, pudieron obtener el nuevo diseño de síntesis de polímeros, permitiendo que la poliimida se imprima en 3D. El laboratorio de Williams, dirigido por los estudiantes de doctorado de la Facultad de Ingeniería Viswanath Meenakshisundaram, de Bangalore, India, yNicholas Chartrain, de Westfield, Nueva Jersey, luego exigió el proceso para la impresión en 3D.
"Elegimos un polímero bastante ubicuo de alta temperatura y alta resistencia porque queríamos permitir un impacto rápido en las tecnologías existentes", dijo Long, y agregó que poder crear tales materiales impresos en 3-D en cualquier forma podría servir para unmercado clave, como la industria aeroespacial. De hecho, Long dijo que las compañías ya han mostrado un interés temprano en el nuevo material, que tiene una patente estadounidense registrada.
Los dos equipos pasaron un año probando el rendimiento del material en escenarios de temperaturas extremas de calor y frío y afinando cómo se imprime el material a máquina. El trabajo de Williams y Long se publicó recientemente en el Materiales avanzados diario bajo un título apropiado: Procesando el no procesable
Williams y Long han colaborado en numerosos proyectos relacionados con la impresión en 3D.
"Al final del día, somos las mayores animadoras de cada uno", dijo Williams sobre su trabajo con el laboratorio de Long en la Facultad de Ciencias. Long agregó: "Nos desafiamos mutuamente con la forma en que las estructuras de polímeros deben ser inventadas o reinventadas, para permitir la impresión en 3-D. A menudo bromeamos diciendo que soy un investigador de post-doctorado en el laboratorio DREAMS y que él es un investigador de post-doctorado en mi laboratorio. Es realmente una asociación para la innovación ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Virginia Tech . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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