Un nuevo La tinta nanocompuesta de polímero imprimible en 3D tiene propiedades increíbles y muchas aplicaciones en la industria aeroespacial, medicina y electrónica.

Investigadores de ingeniería mecánica de la Universidad Tecnológica de Michigan han creado una forma de fabricar una tinta polimérica nanocompuesta imprimible en 3D que utiliza nanotubos de carbono (CNT), conocidos por su alta resistencia a la tracción y ligereza. Esta tinta revolucionaria podría reemplazar a las resinas epoxi, y comprender por qué sus propiedades son tan fantásticas es un primer paso hacia su uso masivo.

Impresión 3d, también conocida como fabricación aditiva, es más versátil y eficiente que la fundición. Agrega un material con precisión, a menudo en geometrías complejas, con mucho menos exceso para cortar. Añadiendo nanomateriales de baja dimensión como los CNT, grafeno nanopartículas de metal y puntos cuánticos permiten que los materiales impresos en 3D se adapten a los estímulos externos, dándoles características tales como conductancia eléctrica y térmica, magnetismo y almacenamiento electroquímico.

Pero la impresión 3D con plástico el metal o algo completamente diferente no es nuevo. Lo que los investigadores de Tech han hecho de manera diferente es usar nanocompuestos de polímeros (hechos de epoxi, nanotubos de carbono y nanoarcilla) y un proceso de impresión que no sacrifica la funcionalidad. La unión del tipo de material y la morfología:tamaño, forma, estructura:en las tintas de polímero nanocompuesto es lo último en función de encuentro de formas.

La exploración del proceso, morfología y propiedades de las tintas poliméricas es el tema de un artículo publicado recientemente en la revista Fabricación aditiva por Parisa Pour Shahid Saeed Abadi, un ingeniero que explora la interfaz de materiales, mecánica y medicina, y el estudiante de posgrado Masoud Kasraie.

Abadi y Kasraie señalan que antes de que los investigadores puedan correr a las carreras usando tintas poliméricas, primero deben aprender a caminar. El primer paso es profundizar en la intersección de la macroescala (cómo ven nuestros ojos el desempeño de un material) y la nanoescala (lo que no podemos ver, pero saber que está ocurriendo).

Construyendo entendimiento antes que participación de mercado

Si bien los nanocompuestos de polímero y los productos y servicios de impresión 3D tienen valores de mercado de miles de millones de dólares, La impresión 3D de nanomateriales solo tiene un valor de mercado de aproximadamente $ 43 millones, Abadi anotó.

"Para la prosperidad nacional y el liderazgo mundial sostenido en la fabricación, Es necesario cerrar la brecha entre las aplicaciones del mundo real de la impresión 3D y los nanomateriales frente a la impresión 3D de nanomateriales. "Abadi dijo." La brecha existe debido a la falta de control de las propiedades de los nanocompuestos en el proceso de impresión 3D, porque no comprendemos completamente la relación proceso-morfología-propiedad ".

El cuello de botella es comprender la compleja interacción entre la mecánica a macroescala de los procesos de impresión 3D y la mecánica y física a nanoescala de los nanocompuestos. La investigación de Abadi y Kasraie busca aflojar el cuello de botella explorando la relación entre los parámetros del proceso de impresión 3D y la morfología de los nanomateriales en las tintas de impresión nanocompuestas. que es la pieza más importante pero menos explorada del rompecabezas.

Los múltiples beneficios de la tinta de nanomateriales

Más allá de la ciencia de la tinta nanocompuesta, el material es muy prometedor debido a sus muchas funcionalidades. Una ventaja de la impresión 3D es el control casi completo sobre la forma del producto final.

La conductividad de la tinta de nanomaterial de Abadi y Kasraie es un rasgo excepcionalmente útil que le da al epoxi impreso el potencial de funcionar como cableado eléctrico, ya sea en una placa de circuito, el ala de un avión o en actuadores impresos en 3D para guiar catéteres en los vasos sanguíneos. Otro rasgo útil de la tinta de polímero nanocompuesto es su fuerza.

"En comparación con el acero y el aluminio, vemos una reducción de peso del 80% con un compuesto epoxi con la misma resistencia, "Dijo Kasraie.

Finalmente, en el campo médico y las industrias aeroespacial y electrónica, donde los defectos y los daños pueden significar un gran problema, los nanocomposites cumplen una función de seguridad.

"Cuando algo se rompe, una pequeña grieta comienza a partir de un defecto a microescala y progresa hasta que rompe toda la estructura, "Abadi dijo." Las características de nanocompuestos crean puentes en esas grietas y no dejan que las grietas crezcan. Este es uno de los mecanismos mediante los cuales los nanotubos de carbono aumentan la resistencia mecánica del material ".

Relación propiedad / peso, conductividad eléctrica, El aumento de la resistencia y la facilidad de aplicación son solo algunas de las muchas razones prometedoras por las que las tintas de nanocompuestos de polímero probablemente reemplazarán a los epoxis tradicionales.