La EPFL desarrolla un elastómero imprimible en 3D que resiste tanto la rotura como la fatiga
Investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) han descubierto que una tinta elastomérica, diseñada inicialmente para facilitar la impresión 3D, también presenta una mayor durabilidad, resistencia a la rotura y al desgaste.
Lo que comenzó como un proyecto centrado en la fabricación aditiva ha ido mucho más allá. Para comprenderlo bien, es necesario remontarse a principios de 2024. En ese momento, el Laboratorio de Materiales Blandos (SMaL) de la Facultad de Ciencias y Técnicas de la Ingeniería de la EPFL desarrollaba elastómeros granulares de doble red imprimibles en 3D (DNGE). El objetivo era manipular las propiedades mecánicas de los materiales para posibilitar la creación de actuadores y robots blandos.
El prototipo de «dedo» fabricado con DNGE, con «huesos» rígidos rodeados de «carne» blanda (créditos de la foto: Adrian Alberola).
¿Cómo funcionan estos elastómeros DNGE?
En la práctica, estos DNGE están compuestos por dos redes de elastómeros. Podemos citar el comunicado de prensa de aquel entonces: «Se producen micropartículas de elastómero a partir de gotas de una emulsión de aceite en agua. Estas micropartículas se colocan en una solución precursora, donde absorben compuestos elastómeros y se hinchan. Posteriormente, las micropartículas hinchadas se utilizan para fabricar una tinta imprimible en 3D, que se carga en una bioimpresora para crear la estructura deseada. El precursor se polimeriza en la estructura impresa en 3D, lo que crea una segunda red elastómera que endurece todo el objeto».
En resumen, tenemos un material que puede ajustarse en cuanto a rigidez (gracias a la primera red de elastómeros) y tenacidad (a través de la segunda red).
Dos años después, la investigación avanza
Dos años más tarde, la investigación continúa y los resultados son sorprendentes. El equipo ha descubierto que estos DNGE son 15 veces más tenaces y 3 veces más resistentes a la fatiga. Este es un gran avance en el mundo de los materiales, ya que, por lo general, los elastómeros con buena resistencia a la rotura suelen acumular daños bajo el efecto de tensiones mecánicas, lo que limita su vida útil. Por otro lado, aquellos que resisten bien la fatiga tienden a romperse si se les somete a demasiados golpes o estiramientos.
Izquierda: los elastómeros granulares de doble red; derecha: el proceso de impresión de estos materiales (créditos de las fotos: SMaL EPFL CC BY SA).
Tenemos, por tanto, un elastómero que presenta ambas cualidades. ¿Cómo se explica esto? Cuando este elastómero se estira, las tensiones pasan de las micropartículas rígidas hacia las zonas más blandas, lo que provoca una disipación de la energía. Las cadenas poliméricas se reorganizan en lugar de romper definitivamente los enlaces. Además, la estructura granular del elastómero modifica la propagación de fisuras: ya no se sigue un patrón lineal. Estas fisuras, de hecho, rodean las partículas, atraviesan las zonas blandas y, por lo tanto, se ralentizan. De esta forma, se retrasa la rotura.
Esther Amstad, responsable del SMaL, concluye: «Nuestro objetivo es lograr materiales más duraderos sin comprometer sus propiedades mecánicas. Al ampliar la gama de materiales utilizables, no solo podemos reducir la huella ambiental de los DNGE, sino también hacerlos más accesibles a cualquier laboratorio que disponga de una impresora 3D comercial».
¡Así que la investigación no ha terminado! En cualquier caso, estamos deseando ver cómo estos elastómeros contribuirán a la fabricación de robots blandos, dispositivos biomédicos e incluso aparatos electrónicos más duraderos. Mientras tanto, puedes consultar el comunicado de prensa oficial AQUÍ.
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*Créditos de la foto de portada: Titouan Veuillet
