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 alta resistencia a la tracción y ligereza. Esta tinta revolucionaria podría reemplazar a los epoxis, y comprensiónpor 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. Agrega un material con precisión, a menudo en geometrías complejas, con considerablemente menos exceso para cortar. Agregar nanomateriales de baja dimensión como CNT, grafeno,Las nanopartículas metálicas y los puntos cuánticos permiten que los materiales impresos en 3D se adapten a los estímulos externos, dándoles características como conductancia eléctrica y térmica, magnetismo y almacenamiento electroquímico.
Pero la impresión 3D con plástico, metal u otra cosa no es completamente nueva. Lo que los investigadores de tecnología han hecho de manera diferente es usar nanocompuestos de polímero 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, estructura en las tintas de nanocompuestos poliméricos es lo último en función de reunión de formas.
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 materiales, mecánica y medicina, y estudiante graduada MasoudKasraie.
Abadi y Kasraie señalan que antes de que los investigadores puedan correr hacia las carreras usando tintas poliméricas, primero deben aprender a caminar. El primer paso es indagar en la intersección de la macroescala cómo nuestros ojos ven el desempeño de un material y lananoescala lo que no podemos ver, pero sabemos que está ocurriendo.
Comprender antes de la participación de mercado
Si bien los nanocompuestos de polímeros y los productos y servicios de impresión 3D tienen valores de mercado de miles de millones de dólares, la impresión en 3D de nanomateriales solo tiene un valor de mercado de aproximadamente 43 millones de dólares, señaló Abadi.
"Para la prosperidad nacional y el liderazgo mundial sostenido en la fabricación, es necesario cerrar la brecha entre las aplicaciones del mundo real de la impresión 3D y los nanomateriales frente a la impresión 3D de nanomateriales", dijo Abadi. "La brecha existe debido a la falta de control de los nanocompuestospropiedades en el proceso de impresión 3D, porque no comprendemos completamente la relación proceso-morfología-propiedad ".
El cuello de botella es comprender la compleja interacción entre la mecánica a macroescala de los procesos de impresión 3D y la mecánica y física a nanoescala de los nanocompuestos. La investigación de Abadi y Kasraie busca aflojar el cuello de botella al explorar la relación entre los parámetros del proceso de impresión en 3Dy morfología de nanomateriales en tintas de impresión de nanocompuestos, que es la pieza más importante pero menos explorada del rompecabezas.
Los muchos beneficios de la tinta de nanomaterial
Más allá de la ciencia de la tinta nanocompuesta, el material es muy prometedor debido a sus muchas funcionalidades. Una ventaja de la impresión 3D es el control casi completo sobre la forma del producto final.
La conductividad de la tinta de nanomateriales de Abadi y Kasraie es un rasgo excepcionalmente útil que le da al epoxi impreso el potencial de funcionar como cableado eléctrico, ya sea en una placa de circuito, el ala de un avión o en actuadores impresos en 3D para guiar catéteres en los vasos sanguíneos..Otro rasgo útil de la tinta de polímero nanocompuesto es su fuerza.
"En comparación con el acero y el aluminio, vemos una reducción de peso del 80% con el compuesto epoxi con la misma resistencia", dijo Kasraie.
Finalmente, en el campo médico y en las industrias aeroespacial y electrónica, donde los defectos y los daños pueden significar un gran problema, los nanocompuestos cumplen una función de seguridad.
"Cuando algo se rompe, una pequeña grieta comienza a partir de un defecto a microescala y progresa hasta que rompe toda la estructura", dijo Abadi. "Las características de nanocompuestos crean puentes en esas grietas y no permiten que las grietas crezcan. Esta es una de lasmecanismos a través de los cuales los nanotubos de carbono aumentan la resistencia mecánica del material ".
La relación propiedad-peso, conductividad eléctrica, mayor resistencia y facilidad de aplicación son solo algunas de las muchas razones prometedoras por las que las tintas de nanocompuestos de polímero probablemente reemplazarán a los epoxis tradicionales.
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