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Nueva técnica de impresión 3D produce piezas de cerámica
Una nueva forma de fabricar estos materiales resistentes podría ser un paso clave para producir mejores motores de avión y piezas de maquinaria duraderas. 19 de abril de 2016
La cerámica es uno de los materiales más duros de la Tierra. Pueden soportar temperaturas extremas y algunos son resistentes a la fricción, los arañazos y otras tensiones mecánicas que desgastan el metal y el plástico. Pero puede ser difícil hacer formas complejas con los materiales.
El ingeniero químico Zak Eckel y el líder del grupo Tobias Schaedler.
Los químicos de HRL Laboratories en Malibu, California, pueden haber solucionado ese problema al desarrollar cerámicas que se pueden hacer en una impresora 3D. El resultado: objetos ultrarresistentes imposibles de fabricar con métodos convencionales.
Esta historia fue parte de nuestra edición de mayo de 2016
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La cerámica se usa hoy en día en las pastillas de freno, la carcasa de la microelectrónica y las tejas de protección térmica (como las de las naves espaciales). Ahora, los científicos de HRL están tratando de expandir sustancialmente las aplicaciones. Si las piezas de los motores de los aviones estuvieran hechas de cerámica, por ejemplo, los motores podrían funcionar a una temperatura más alta, aumentando su eficiencia.
La cerámica también podría ofrecer una mejora en las piezas utilizadas en las turbinas de vapor y otras máquinas que deben soportar condiciones mecánicas duras y abrasadoras. El laboratorio es copropiedad de Boeing y General Motors, y el proyecto cuenta con algunos fondos de DARPA, el brazo de investigación y desarrollo del Departamento de Defensa de EE. UU.
Izquierda: este vaso de precipitados de resina contiene precursores de polímeros que se pueden pasar por una impresora 3D para fabricar objetos. Derecha: En la impresora, la luz ultravioleta golpea la resina, endureciéndola para construir las cosas una capa a la vez.
Izquierda: este vaso de precipitados de resina contiene precursores de polímeros que se pueden pasar por una impresora 3D para fabricar objetos. Derecha: En la impresora, la luz ultravioleta golpea la resina, endureciéndola para construir las cosas una capa a la vez.
Después de unos 90 minutos de impresión, esta pequeña pieza, un impulsor, emerge del baño de resina. Los impulsores se utilizan en turbinas de vapor y otras máquinas que deben soportar el desgaste y las altas temperaturas.
Izquierda: La parte impresa se trata en un horno para hornear el polímero y convertirlo en cerámica. En el proceso, la pieza se encoge alrededor de un 30 por ciento. Derecha: Schaedler se prepara para sacar la pieza de cerámica del horno a 1000 °C.
Izquierda: La parte impresa se trata en un horno para hornear el polímero y convertirlo en cerámica. En el proceso, la pieza se encoge alrededor de un 30 por ciento. Derecha: Schaedler se prepara para sacar la pieza de cerámica del horno a 1000 °C.
Para probar la tolerancia al calor del material, los científicos de HRL lo pusieron bajo una antorcha de aproximadamente 1200 °C.
El truco de HRL es formular resinas especiales que se pueden usar como tinta en una impresora. Están hechos de polímeros pero llevan en su estructura molecular silicio y otros elementos que se encuentran en la cerámica. Estas resinas se cargan en impresoras 3D para fabricar piezas con formas barrocas, como sacacorchos y láminas de entramados intrincados. Luego, esas partes van a un horno para hornear los componentes de polímeros orgánicos, dejando atrás el material cerámico.
Piezas más grandes de malla de cerámica impresa y láminas de celosía como estas podrían usarse para proteger a las naves espaciales de temperaturas extremas.
La cerámica impresa en 3D podría ser mejor en algunos aspectos que sus contrapartes convencionales. Una celosía hecha en HRL tiene 10 veces más resistencia a la compresión que las cerámicas disponibles comercialmente. Estas piezas impresas también pueden tolerar temperaturas de hasta 1.700 °C, una temperatura a la que otras cerámicas comienzan a degradarse.
Pero el grupo aún espera fortalecer su cerámica impresa. Un enfoque es diseñar nuevos tipos de polímeros precerámicos que tengan fibras incrustadas para evitar que se propaguen las grietas. La cerámica es quebradiza y puede fallar catastróficamente con una grieta. No funcionaría si un defecto minúsculo hiciera añicos una nueva pieza inteligente.