Investigadores de la UC3M lideran un estudio para optimizar el comportamiento de materiales impresos en 3D
Un equipo de investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), en colaboración con la Universidad de Oxford, el Imperial College de Londres y el centro de investigación BC Materials del País Vasco, ha desarrollado un modelo computacional que optimiza el comportamiento eléctrico, térmico y mecánico de materiales impresos en 3D. Este avance, publicado en la revista Nature Communications, abre un camino de posibilidades para nuevas aplicaciones en sectores como la biomedicina, la robótica blanda y la ingeniería.
Los materiales en la fabricación aditiva muchas veces se pueden considerar como un mundo aparte en la industria. Esta rama va creciendo con la llegada de nuevos materiales o nuevas características que aportan a la eficiencia de los procesos de fabricación, amplían las aplicaciones y hacen que la tecnología sea más sostenible. El estudio llevado a cabo por los investigadores de la UC3M se centra en los termoplásticos conductores. Ellos han ingeniado un modelo computacional denominado In-silico para «predecir y mejorar el comportamiento de estructuras multifuncionales fabricadas mediante impresoras 3D». Su sistema permitiría aplicaciones que combinan soporte estructural con capacidades de detección y comunicación de señales.
Esquema completo del montaje experimental para los ensayos termoelectromecánicos. 1) Máquina universal de ensayos; 2) Cámara de infrarrojos; 3) Muestra de filamento PLA/CB; 4) Fuente de alimentación de CC; 5) Resistencia; 6) Sistema DAQ; 7) Ordenador, registro de datos de tensión del sistema DAQ; 8) Activador de señal para controlar el registro eléctrico y mecánico. (Créditos: Javier Crespo-Miguel)
Una solución computacional para optimizar la fabricación aditiva
Hasta ahora, existían defectos estructurales de componentes impresos en 3D con termoplásticos conductores que afectaban la conductividad eléctrica de los materiales. Un problema debido a que muchas veces la unión entre filamentos es imperfecta y se forman cavidades que interfieren con el buen funcionamiento del material. El nuevo sistema que proponen los investigadores permite controlar precisamente esas características mediante herramientas computacionales avanzadas.
«El principal desafío en la fabricación de estos materiales es el control de su estructura interna, ya que la unión entre filamentos y la presencia de pequeñas cavidades afectan tanto a su resistencia mecánica como a su capacidad para transmitir señales eléctricas», explica Daniel García-González, investigador del Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la UC3M. De esta manera los científicos se centraron en el estudio de las orientaciones de los filamentos, los vacíos y las adhesiones entre filamentos, para desarrollar el modelo computacional In-silico.
El invento de este modelo representa un avance significativo en la fabricación aditiva, ya que permite mejorar la calidad y funcionalidad de los materiales impresos en 3D. Javier Crespo, primer autor del estudio señala: «Lo bueno de este descubrimiento es que es extrapolable a otros tipos de tecnología de impresión 3D en la que se podrían utilizar materiales más blandos». El proyecto ha contado con el apoyo de la Fundación BBVA a través de una Beca Leonardo. Apoyo que permitió llevar a cabo experimentaciones y colaboraciones con prestigiosas instituciones académicas internacionales.
Los investigadores son optimistas respecto a las aplicaciones de este hallazgo. Gracias a los materiales que su programa mejore, podría ser posible desarrollar parches o sensores flexibles capaces de monitorear el movimiento de las articulaciones y alertar sobre posibles lesiones, por ejemplo. Además, su aplicación en el campo de la robótica blanda y la ingeniería podría revolucionar la manera en que se diseñan y fabrican dispositivos multifuncionales en el futuro. Más información sobre el estudio aquí.
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*Créditos de la foto de portada: Universidad Carlos III de Madrid
