¿Puede usarse la fibra de celulosa como material de refuerzo en la impresión 3D?
El Instituto Alemán de Investigación Textil y de Fibras (DITF) ha iniciado recientemente un proyecto de investigación para desarrollar un innovador método de impresión 3D de materiales compuestos. El objetivo es fabricar componentes reforzados a partir de biofibras sostenibles, como la fibra de celulosa. El equipo del proyecto colaboró con el fabricante Arburg para diseñar un cabezal capaz de extruir fibras continuas en una matriz a base de celulosa. Financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación alemán, el proyecto permitiría utilizar un material actualmente muy escaso y crear piezas más duraderas, aprovechando al máximo las ventajas de la impresión 3D con materiales compuestos.
Este proyecto de investigación es otro ejemplo de cómo podemos inspirarnos en la naturaleza y aplicar su comportamiento a la impresión 3D. En este caso concreto, poniendo el foco en la fabricación aditiva de materiales compuestos. De hecho, estamos rodeados constantemente de tejidos compuestos: madera, plantas, seda de araña o incluso piel. Estas fibras naturales ofrecen propiedades muy interesantes, tanto en términos de resistencia como de ligereza. Entonces, ¿por qué no utilizarlos en la impresión 3D?
Fibras de celulosa fabricadas por pultrusión.
Impresión 3D con fibra de celulosa
El principal reto reside en la gestión de la temperatura. Las fibras naturales, como la celulosa, son muy sensibles a las altas temperaturas, lo que descarta la posibilidad de trabajar con una matriz de plástico como el PLA o el ABS. Esto se debe a que el termoplástico debe calentarse lo suficiente para poder depositarse capa a capa. Por tanto, el equipo tuvo que pensar tanto en una nueva matriz como en un proceso de impresión que respetara estas limitaciones de temperatura.
Por ello, idearon una solución de matriz a base de celulosa. El comunicado de prensa oficial explica: “La hebra de fibra de celulosa se estabiliza primero con un aglutinante para ser procesada en la impresora 3D. El cabezal de fabricación transforma el aglutinante en una matriz con la que se incrustan las fibras continuas de celulosa. Como las fibras y la matriz tienen estructuras químicas similares, el componente compuesto es especialmente estable”. Gracias a una solución de optimización topológica, el equipo también pudo decidir con precisión dónde depositar las fibras continuas. En otras palabras, la dirección correcta en relación con la carga aplicada a la pieza en cuestión.
El proceso de impresión 3D desarrollado.
Las propiedades mecánicas, como la resistencia a la fractura, fueron excepcionalmente buenas. El método de fabricación desarrollado, que es energéticamente eficiente, también puede utilizarse en otros procesos de fabricación de materiales compuestos. Es ideal para procesar materiales sensibles a la temperatura que tienen una gran demanda, como las fibras naturales o de celulosa. A la vista de los resultados obtenidos, parece que las piezas tienen muy buena resistencia a la rotura. Este método de impresión 3D de materiales compuestos podría ser interesante para trabajar con materiales más sensibles a la temperatura y no se limitaría a las fibras naturales. Puedes encontrar más información aquí.
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*Créditos de todas las fotos: DITF
