Imprimen en 3D piezas de resina compuesta para autodetectar el daño de estructuras
Varios investigadores de la Universidad Rey Juan Carlos (URJC) de Madrid han desarrollado un proyecto basado en la impresión 3D de piezas con materiales compuestos mediante fotopolimerización con el fin de detectar el daño estructural complejas. La utilización de la tecnología por procesamiento digital de luz (DLP) y el material de las piezas finales permitirían alcanzar el objetivo de la investigación. Al igual que los composites, las resinas empleadas para el proyecto fueron reforzadas con nanotubos de carbono, denominados CNT, lo cual aumentó la conductividad eléctrica de las piezas. Este proyecto podría abrir las puertas a aplicaciones muy prometedoras en el sector de la ingeniería y la construcción.
El monitoreo de daño estructural hace referencia a la detección de desperfectos por deformación de ciertas estructuras en ingeniería, como por ejemplo, edificios y puentes. Al pasar una corriente eléctrica por lo distintos puntos de entrada y salida de la estructura, el punto de daño estructural se puede triangular. Esto se consigue trazando las líneas hasta el punto donde la conexión eléctrica se haya más débil. Por ello, si el compuesto contiene inherentemente el cableado conductor, la pieza será auto-sensible y detectará las irregularidades en las estructuras.
Pruebas de detección de tensión | Imagen via URJC
De esta manera, los refuerzos con nanotubos de carbono refuerzan las piezas y agregan mayor conductividad eléctrica a la mezcla final. De hecho, los investigadores de la URJC afirmaba: “La adición en bajos contenidos de CNT en una resina aislante permite la formación de redes de filtración eléctrica dentro del material, lo que lleva a un aumento de la conductividad eléctrica del material de varios órdenes de magnitud”. Para entender mejor los resultados que se encontraron, los integrantes del grupo lo explicaron en su estudio.
¿Cómo fue el desarrollo de este proyecto?
El grupo de investigación de la URJC «Línea de materiales compuestos multifuncionales de matriz polimérica del grupo de Ciencia e Ingeniería de Materiales», (el cual participa también en el proyecto ADITIMAT) empezó a fabricar en 3D seis muestras con compuestas con contenido de CNT variable: entre el 0,03% y el 0,15%, en peso. Para ello, utilizaron la impresora 3D B9 Creator, del fabricante B9 Creations, una máquina de alta precisión que puede imprimir capas de resina de hasta 50 micras. Aquellas piezas con el mayor contenido de CNT necesitaron un postprocesado más duradero, al tener un efecto de protección contra rayos UV. Una vez prepararon las muestras, evaluaron los efectos del CNT en relación a la conductividad eléctrica, mediante pruebas de tracción y flexión. Los resultados mostraron gran correlación lineal entre la resistencia eléctrica y la deformación que aplicaron. Además, observaron que la sensibilidad aumentaba a medida que el contenido de CNT disminuía y, finalmente, concluyeron su trabajo demostrando el potencial de estos compuestos fabricados en DLP para la detección de daño estructural.
Imágenes SEM de compuestos con contenido de CNT al 0.1% | Imagen via URJC
En conclusión, el estudio denominado «Impresión 3D de materiales compuestos nanodopados con CNT con capacidad de monitorización de la salud estructural« mostró ciertas propiedades que podrían suponer nuevas investigaciones en la utilización de composites para distintos sectores.
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*Fuente: Alejandro Cortés, Xoan F. Sánchez-Romate, Alberto Jiménez Suárez, Mónica Campo, Alejandro Ureña, Silvia G. Prolongo. Mechanical and strain-sensing capabilities of carbon nanotube reinforced composites by digital light processing 3D printing technology, Polymers, 12(4), 975 (2020).
