Las nano tintas 3D superan los límites de la industria

Las nano tintas 3D superan los límites de la industria

Una nueva tinta nanocompuesta de polímero imprimible en 3D tiene propiedades increíbles y muchas aplicaciones en la industria aeroespacial, médica y electrónica.

Los 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 epóxicos, y comprender 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. Agrega un material con precisión, a menudo en geometrías complejas, con mucho menos exceso para cortar. La adición de nanomateriales de baja dimensión como CNT, grafeno, nanopartículas metálicas y 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 3D con plástico, metal o cualquier otra cosa no es nueva. Lo que los investigadores de Tech han hecho de manera diferente es utilizar 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 de polímero 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 Masoud Kasraie.

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

Comprender antes de la participación de mercado
Si bien los nanocompuestos de polímero y los productos y servicios de impresión 3D tienen valores de mercado de miles de millones de dólares, la impresión 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 las propiedades de los nanocompuestos 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 explorando la relación entre los parámetros del proceso de impresión 3D y la morfología de los nanomateriales en las tintas de impresión nanocompuestos, que es la pieza más importante pero menos explorada del rompecabezas.

Los múltiples beneficios de la tinta de nanomateriales
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, en 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.

Por último, en el campo médico y en las industrias aeroespacial y electrónica, donde los defectos y los daños pueden representar 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 dejan que las grietas crezcan. Este es uno de los mecanismos mediante 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 polímero nanocompuesto probablemente reemplazarán a los epoxis tradicionales.