¿Puede flotar el titanio? Investigadores australianos lo logran con fabricación aditiva
Ingenieros de la Universidad RMIT, en Melbourne, han presentado una estructura reticular de titanio impresa en 3D que flota en el agua, incluso después de sufrir daños graves. El objetivo es resolver una vieja limitación de este tipo de estructuras, que son muy ligeras pero se hunden cuando el agua se cuela por sus huecos, y abrir la puerta a su uso en infraestructuras marinas.
La clave del proyecto es esa geometría. Las estructuras reticulares (o lattice) son redes de pequeñas barras que se repiten en el espacio y que la fabricación aditiva permite producir en metal con muy poco material y gran resistencia. Algunas son tan ligeras que su densidad no llega a la décima parte de la del agua. Aun así, al ser abiertas, el agua ocupa todos sus huecos y no queda aire que las sostenga.
Secciones del cubo de titanio antes y después del relleno de espuma (créditos de la foto: Sara Tan/RMIT).
El equipo del Centre for Additive Manufacturing de RMIT, con el Dr. Jordan Noronha como investigador principal, ha resuelto el problema sin cerrar la estructura. Imprimieron en 3D una retícula de titanio cuyas barras son huecas y las rellenaron con espuma de poliuretano. El agua sigue circulando libremente entre las barras, pero no puede entrar en ellas.
La espuma está formada por celdas cerradas diminutas que retienen gas, de modo que actúa como una barrera repartida por toda la pieza. Un flotador hueco convencional se inunda en cuanto aparece una grieta. Aquí, en cambio, la estructura siguió a flote con fisuras, con uniones rotas e incluso con una capa entera fracturada. Solo se hundió tras ser aplastada y compactada por completo.
Una nueva forma de medir la densidad
Para predecir si una estructura abierta flotará, los investigadores han propuesto un nuevo indicador: la densidad esquelética. El cálculo habitual tiene en cuenta todo el volumen de la pieza, incluidos los huecos, pero ese espacio lo ocupa el agua y no ayuda a flotar. La densidad esquelética solo considera lo que el agua no puede atravesar: las paredes de titanio y los canales sellados con espuma.
Según Noronha, esto ofrece a los ingenieros «una regla de diseño sencilla: si la densidad esquelética es inferior a la del líquido, la estructura flota».
Más resistente que el acero inoxidable
A igual densidad global, la pieza reticular resultó un 70 % más resistente que el acero inoxidable y el polietileno de alta densidad. Tras dos semanas sumergida en agua de mar de la bahía de Port Phillip, en Melbourne, perdió solo un 0,15 % de su masa y menos de un 1 % de su resistencia. Otras muestras flotaron en agua dulce durante más de dos meses.
El Dr. Jordan Noronha sonsteniendo una muestra del titanio flotante (créditos de la foto: Sara Tan/RMIT).
Se trata, eso sí, de ensayos de corta duración. El profesor Ma Qian, responsable del proyecto, explica que los próximos pasos serán fabricar piezas de mayor tamaño y evaluar su comportamiento a largo plazo en condiciones marinas reales y en aguas profundas. El equipo también ha considerado aplicaciones fuera del mar. Cambiando el material de relleno, una estructura similar podría servir para absorber energía, gestionar el calor o controlar vibraciones.
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*Créditos de la foto de portada: Sara Tan/RMIT.
