Estudiar la estructura de los huesos para aumentar la solidez de la impresión 3D
Científicos de las universidades de Cornell, Purdue y Case Western Reserve se han inspirado en la estructura de los huesos humanos para crear estructuras impresas en 3D más duraderas. Este desarrollo podría ser beneficioso para la industria de la construcción con el fin de diseñar estructuras capaces de soportar cargas pesadas, de la misma manera que nuestros huesos resisten tensiones constantes durante toda nuestra vida. Por lo tanto, los investigadores imitaron el hueso humano, compuesto de diferentes trabéculas (filamentos muy finos que forman una estructura esponjosa), para imprimir en 3D una estructura. Se dieron cuenta de que al aumentar el grosor de las trabéculas, el material podría soportar 100 veces más.
La fabricación aditiva a veces se inspira en la naturaleza, sus movimientos y reacciones: en última instancia, está bastante vinculada a la biomimética y puede reproducir ciertas funciones de la vida. Esto es lo que los investigadores detrás de este proyecto trataron de comprender al estudiar el vínculo entre la estructura de un hueso y la de un edificio, consiguiendo aumentar la solidez de la impresión 3D. Resulta que ambos están hechos de enlaces horizontales y verticales cruzados, similares a columnas o espaciadores. Pablo Zavattieri, profesor de la Universidad de Purdue, explica: «El hueso es un edificio. Tiene columnas que transportan la mayoría de las cargas y vigas que conectan estas columnas. Podemos aprender de esto para crear materiales impresos en 3D más fuertes para edificios o incluso otras estructuras». Es por eso que los investigadores estudiaron la naturaleza para crear un material más sólido, ideal para la industria de la construcción. Gracias a la impresión 3D, pudieron probar fácilmente sus resultados.
Créditos: foto de la Universidad de Purdue / Pablo Zavattieri.
Los investigadores descubrieron que cuando imitaban la forma de los huesos y lo hacían un 30% más grueso, el material artificial podía durar hasta 100 veces más. El hueso toma su durabilidad de las trabéculas: cuanto más densas sean, más resistente será el hueso, que cambia a medida que los humanos envejecen. Esto es especialmente cierto cuando hay muchos puntales horizontales: son los que aumentan la resistencia del hueso. Hernández, profesor de ingeniería mecánica, aeroespacial y biomédica en Cornell, agrega: «A medida que las personas envejecen, primero pierden estos puntales horizontales, lo que aumenta la probabilidad de fractura ósea bajo múltiples cargas cíclicas. «
Aquí es donde sería interesante aplicar este conocimiento a la arquitectura, reforzando los edificios en caso de desastres naturales, por ejemplo. El laboratorio de Pablo Zavattieri probó los resultados de su investigación con polímeros de impresión 3D en forma de arquitecturas de tipo trabecular. Las simulaciones revelaron que cuanto más gruesos son los puntales horizontales, más durará el polímero bajo carga. Adwait Trikanad, coautor del trabajo, afirma: “Cuando realizamos simulaciones de la microestructura ósea bajo una carga cíclica, pudimos ver que las tensiones se concentraban en estos espaciadores horizontales, y al aumentar el grosor de estos aquí pudimos aliviar algunas de las limitaciones observadas. «
Además, el engrosamiento de estos espaciadores horizontales no habría tenido un impacto significativo en el peso del polímero, lo que sugeriría que podemos diseñar materiales fuertes pero livianos. Pablo Zavattieri concluye: “Crear un material más sólido sin hacerlo más pesado significaría que se podrían construir estructuras impresas en 3D en el sitio y luego transportarlas. Este conocimiento del hueso humano podría ser un catalizador para traer más materiales a la industria de la construcción. Puedes encontrar más información AQUÍ.
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