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Desarrollan el óxido de aluminio impreso en 3D más fuerte de la historia

Publicado el abril 16, 2021 por Alicia M.
óxido de aluminio

Investigadores de la Montanuniversität Leoben en Austria, conocida por sus campos de la minería, la metalurgia y la ciencia de los materiales, han impreso en 3D óxido de aluminio con una resistencia a la tracción de 1 GPa (equivalente a 1000 MPa). El proyecto fue posible gracias a la impresora 3D multimaterial CeraFab Multi 2M30 de la empresa austriaca Lithoz, que se centra en el desarrollo y fabricación de materiales y sistemas de fabricación generativa. Además se especializa en la impresión 3D de materiales sustitutivos óseos y cerámicas de alto rendimiento. Junto con ingenieros de Lithoz, los investigadores pudieron utilizar un proceso de impresión capa por capa para generar tensiones residuales controladas. En lo que se refiere al óxido de aluminio, es uno de los materiales cerámicos de óxido más importantes y se caracteriza por su alta dureza, resistencia a la corrosión y a la temperatura. Los componentes hechos de óxido de aluminio son eléctricamente aislantes, de rigidez dieléctrica y, por lo tanto, son adecuados para muchas aplicaciones.

Una mayor resistencia a la tracción

La resistencia a la tracción es la resistencia de un material a romperse bajo tensión. Es una de las propiedades más importantes de los materiales, ya que muestra tanto la resistencia a la rotura como la tenacidad (junto con la ductilidad) de una pieza. Cuanto mayor sea la resistencia a la tracción, mejores propiedades tendrá. Esto es muy interesante en áreas donde se pueden encontrar componentes mecánicos estructurales, como en la construcción, en la industria aeroespacial o automotriz. Hoy en día, la impresión 3D puede tener la misma o incluso mayor resistencia a la tracción que los plásticos convencionales utilizando el proceso de moldeo por inyección (por ejemplo, ABS), como han demostrado los investigadores de la Universidad de Montan Leoben y Lithoz.

óxido de aluminio

El enfoque de múltiples materiales se aplicó incrustando capas de óxido de aluminio y óxido de circonio entre las capas exteriores del óxido de aluminio puro con considerables tensiones de compresión internas. Debido a que la impresión 3D se realiza con diferentes materiales, los investigadores pueden controlar la colocación del material de manera que los materiales sean más densos que la alúmina pura durante la sinterización. La resistencia a la tracción de 1 GPa, en comparación con la resistencia de 650 MPa para el óxido de aluminio monolítico, podría lograrse a través de los diferentes materiales y temperaturas. Durante la sinterización, las diferentes capas de material se presionan aún más debido a las diferentes temperaturas. Esto conduce a tensiones compresivas internas controladas. El enfoque para el control de tales tensiones residuales de tracción y compresión se remonta a excelentes resultados anteriores, como el vidrio B. Gorilla, un vidrio delgado y templado que se utiliza principalmente para proteger las pantallas de los teléfonos móviles.

En los últimos años, se han realizado grandes esfuerzos para desarrollar arquitecturas cerámicas multimateriales con mayor resistencia. Hasta ahora, este es el primer informe sobre el uso de la fabricación aditiva para ajustar la resistencia de las cerámicas de óxido de aluminio mediante el proceso de impresión capa por capa. Entre otras cosas, la tecnología basada en litografía (LCM) de Lithoz contribuyó a este progreso, que también permitió avanzar en la producción de materiales cerámicos a granel con propiedades mecánicas. Cabe mencionar que las Cerámicas destacan por sus propiedades sobresalientes, como biocompatibilidad, resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste, especialmente buena para impresión 3D y para proyectos de este tipo. Esto también queda claro cuando se compara la fabricación de cerámica aditiva con los procesos de fabricación de cerámica convencional, ya que la producción de geometrías complejas con procesos tradicionales es demasiado cara, requiere herramientas especiales y es bastante difícil de usar.

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