MUSE: el primer generador de estrellas con una carcasa impresa en 3D
Los avances tecnológicos en torno a la producción energética, sin tener que depender de combustibles fósiles, se siguen multiplicando, ya sea mediante nuevas fuentes de energía o con procesos más limpios. El día de hoy presentamos un ejemplo de una fuente de energía que se ha estudiado por años y en la que ahora la fabricación aditiva se ha hecho un hueco: el plasma. De forma general, el plasma es el cuarto estado de la materia y una fuente de energía muy fuerte pero inestable. Para contener el plasma y poder estudiarlo, se han construido distintos dispositivos conocidos como generadores de estrellas o stellerator, como del que hablamos hoy.
Investigadores del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL por sus siglas en inglés) han aunado sus conocimientos para crear un nuevo tipo de generador de estrellas con imanes permanentes y una novedosa carcasa impresa en 3D. MUSE, como se le ha llamado a este nuevo stellarator, se basa en una técnica de producción menos compleja y más económica que abrirá nuevas vías de estudio en las centrales de fusión nuclear. Los investigadores han considerado la creación de MUSE como una solución mejorada por dos razones. Por una parte, porque se han usado imanes con geometrías menos complejas y por otra, porque la impresión 3D ha permitido crear una carcasa en forma circular perfecta y apta para contener el plasma.
Imanes permanentes de MUSE (izquierda). La carcasa impresa en 3D (derecha).
Los generadores de estrellas que se habían fabricado hasta el momento eran muy costosos pues su estructura se basaba en electroimanes con geometrías muy complejas y que necesitaban un flujo de electricidad adicional para crear su propio campo magnético. Sin embargo, investigaciones recientes del PPPL habían demostrado que otros imanes (imanes permanentes), parecidos a «los imanes de la nevera», también podían cumplir con esta función y en condiciones óptimas. Para soportar dichos imanes era necesaria una estructura circular que se colocaría en el exterior del todo y que además fuera capaz de soportar las fuerzas magnéticas. Es aquí donde ha entrado en juego la fabricación aditiva.
¿Cuál ha sido el papel de la impresión 3D en la fabricación de MUSE?
En sus resultados, los investigadores revelaron que la impresión 3D cumplió con todas las exigencias de fabricación de la carcasa externa. Mediante la fabricación aditiva se creó un soporte de doble curvatura, con múltiples cavidades de inclinaciones y radios distintos en donde irían los imanes. Este proyecto de complejidad superior se hizo posible gracias a la libertad de diseño de la impresión 3D, algo que con los métodos de fabricación convencionales habría sido más difícil de conseguir. Durante la etapa de desarrollo también se fabricaron varios prototipos a escala parcial y total, todos mediante impresión 3D.
Pieza impresa y su renderizado en OpenSCAD
Para diseñar MUSE se optó por utilizar el software de diseño OpenSCAD y se imprimió con la tecnología de HP, Multi Jet Fusion. Los investigadores detallaron las razones técnicas por las que eligieron esta tecnología siendo la principal la capacidad para imprimir detalles pequeños y precisos. En sus investigaciones también vieron posibilidades con la tecnología de sinterizado selectivo por láser, sin embargo, al funcionar con un láser, el calor podría ocasionar la distorsión de la pieza en el enfriamiento, es por esto que se descartó.
En un comunicado de prensa del PPPL, se ha declarado que la creación de MUSE podría sentar las bases para el desarrollo de generadores de estrellas más asequibles. Ciertamente, la impresión 3D les ha conferido reducir los costes tanto de las pruebas como del resultado final. Michael Zarnstorff, físico investigador sénior de PPPL explica: «MUSE se construye en gran parte con piezas disponibles en el mercado. […] Al trabajar con empresas de impresión 3D y proveedores de imanes, podemos comparar precios y comprar la precisión que necesitamos en lugar de fabricarla nosotros mismos». Si te interesa conocer más sobre este nuevo modelo de stellarator, puedes consultar todos los detalles de la investigación aquí.
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*Créditos de todas las fotos: PPPL
