Una nueva forma de peso ligero Las estructuras de 'panal' a base de plástico resistentes a los impactos que pueden detectar cuándo han sido dañadas podrían encontrar uso en nuevas formas de prótesis e implantes médicos 'inteligentes'. sugieren sus inventores.

En un nuevo artículo publicado hoy en la revista Materiales y Diseño , un equipo de ingenieros dirigido por la Universidad de Glasgow describe cómo han utilizado técnicas de impresión 3D para agregar nuevas propiedades a un plástico conocido como poliéter éter cetona, o PEEK.

Las propiedades mecánicas del PEEK y su resistencia a altas temperaturas y productos químicos lo han hecho útil para una amplia gama de aplicaciones en el sector aeroespacial. sectores de automoción y petróleo y gas.

El equipo agregó fibras de carbono a microescala a sus estructuras celulares de PEEK, dando al material generalmente no conductor la capacidad de transportar una carga eléctrica a lo largo de su estructura.

Querían investigar si dañar su compuesto PEEK celular electroconductor afectaría su resistencia eléctrica. Si es así, podría dar al nuevo material la capacidad de "auto-sentido", permitiendo un implante de cadera, por ejemplo, para informar cuando su conductividad ha cambiado, indicando que se ha desgastado y necesita ser reemplazado.

Para probar la capacidad de autodetección de su diseño, utilizaron la impresión 3D para crear tres configuraciones de panal diferentes:una estructura hexagonal, una estructura quiral en forma de cruz, y un diseño reentrante de seis lados que utiliza tanto el material PEEK de fibra de carbono como el PEEK convencional.

Luego, sometieron las estructuras celulares a dos tipos de cargas para comparar sus respectivas habilidades para absorber energía. En pruebas de aplastamiento, donde se aplica una presión constante hasta que la estructura colapsa, cada diseño de PEEK de fibra de carbono fue superado por su homólogo de PEEK convencional, que pudieron soportar presiones más altas.

Sin embargo, en pruebas de impacto, donde se deja caer un peso desde una altura sobre las estructuras, las tres estructuras de PEEK de fibra de carbono demostraron una mayor resistencia al daño. La configuración de panal hexagonal del PEEK de fibra de carbono tuvo la mejor respuesta, soportando mayores impactos que cualquiera de los demás.

En las pruebas aplastantes, Los investigadores también midieron la resistencia de la estructura celular PEEK de fibra de carbono a una carga eléctrica cuando las tres estructuras diferentes se tensaron. El cambio en la resistencia a la tensión aplicada, una medida de la progresión del daño conocida como sensibilidad piezorresistiva, disminuyó a medida que aumentaba la tensión de compresión. conduciendo a una pérdida casi completa de la resistencia eléctrica cuando las estructuras fueron completamente aplastadas. Los diferentes factores de calibre observados para diferentes configuraciones están asociados con su tasa de crecimiento del daño de acuerdo con su capacidad para absorber energía, lo que sugiere que la piezorresitividad del PEEK de fibra de carbono podría ser beneficiosa para crear una nueva generación de estructuras multifuncionales ligeras e inteligentes.

Dr. Shanmugam Kumar, de la Escuela de Ingeniería James Watt de la Universidad de Glasgow, es el autor correspondiente del artículo. Colegas de la Universidad Khalifa en los Emiratos Árabes Unidos y la Universidad de Cambridge en el Reino Unido también contribuyeron a la investigación.

El Dr. Kumar dijo:"Las propiedades únicas de PEEK lo han hecho invaluable para muchos sectores industriales, y esperamos que las estructuras celulares PEEK diseñadas con fibra de carbono que hemos podido construir mediante impresión 3D abran nuevas posibilidades.

"La impresión 3D nos brinda una cantidad notable de control sobre el diseño y la densidad de la estructura celular. Eso podría permitirnos construir materiales que se asemejen más a la fisiología del hueso nativo que las aleaciones de metal sólido tradicionalmente utilizadas en implantes médicos como la cadera o reemplazos de rodilla, potencialmente haciéndolos más cómodos y efectivos.

"Esperamos que estas formas celulares de peso ligero diseñado por microingeniería, El PEEK autodetectable que hemos desarrollado encontrará nuevas aplicaciones en una amplia gama de campos, no solo en prótesis y otros dispositivos médicos, sino también en el diseño de automóviles, Ingeniería Aeroespacial, y el sector de petróleo y gas ".

El papel del equipo, titulado "Rendimiento de absorción de energía y autodetección de compuestos celulares CF / PEEK impresos en 3D, "se publica en Materiales y diseño .