Impresión 3D de materiales que cambian de forma

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Un investigador de la Universidad Estatal de Oregón ha ayudado a crear un nuevo enfoque de impresión 3D para materiales que cambian de forma y que se asemejan a músculos, abriendo la puerta a mejores aplicaciones en robótica, así como en dispositivos biomédicos y energéticos.

Las estructuras de elastómero líquido cristalino impresas por Devin Roach de la Facultad de Ingeniería de la OSU y sus colaboradores pueden arrastrarse, doblarse y romperse directamente después de la impresión.

“Los LCE son básicamente motores blandos“, dijo Roach, profesor adjunto de ingeniería mecánica.

“Como son blandos, a diferencia de los motores normales, funcionan muy bien con nuestros cuerpos inherentemente blandos.

Por lo tanto, se pueden utilizar como dispositivos médicos implantables, por ejemplo, para administrar medicamentos en lugares específicos, como stents para procedimientos en áreas específicas o como implantes uretrales que ayudan con la incontinencia“.

Los elastómeros líquido cristalinos son redes de polímeros ligeramente reticulados que pueden cambiar de forma significativa al exponerse a ciertos estímulos, como el calor.

Se pueden utilizar para convertir energía térmica, como la del sol o la corriente alterna, en energía mecánica que se puede almacenar y utilizar según la demanda.

Los LCE también pueden desempeñar un papel importante en el campo de la robótica blanda, añadió Roach.

“Los robots flexibles que incorporan LCE podrían explorar zonas que no son seguras o no son aptas para que los humanos puedan ir“, dijo.

“También se ha demostrado que son prometedores en el sector aeroespacial como actuadores para sistemas automatizados como los de lucha en el espacio profundo, despliegue de radares o exploración extraterrestre”.

La base de la utilidad funcional de los elastómeros de cristal líquido es su combinación de anisotropía y viscoelasticidad, dijo Roach.

La anisotropía se refiere a la propiedad de depender de la dirección, como la madera es más fuerte a lo largo de la fibra que a lo ancho, y los materiales viscoelásticos son a la vez viscosos (como la miel, que resiste el flujo y se deforma lentamente bajo tensión) y elásticos, volviendo a su forma original cuando se elimina la tensión, como el caucho.

Los materiales viscoelásticos se deforman lentamente y se recuperan gradualmente.

Las propiedades de cambio de forma de los elastómeros cristalinos líquidos dependen de la alineación de las moléculas dentro de los materiales.

Roach y sus colaboradores de la Universidad de Harvard, la Universidad de Colorado y los laboratorios nacionales Sandia y Lawrence Livermore descubrieron una forma de alinear las moléculas utilizando un campo magnético durante un tipo de impresión 3D llamado procesamiento de luz digital.

También conocida como fabricación aditiva, la impresión 3D permite la creación de objetos de una capa a la vez.

En el procesamiento de luz digital, la luz se utiliza para endurecer la resina líquida en formas sólidas con precisión.

Sin embargo, alinear las moléculas de los elastómeros puede ser un desafío.

“Alinear las moléculas es la clave para liberar todo el potencial de los elastómeros cristalinos líquidos y permitir su uso en aplicaciones funcionales avanzadas“, dijo Roach.

Roach y los otros investigadores variaron la fuerza del campo magnético y estudiaron cómo éste y otros factores, como el grosor de cada capa impresa, afectaban la alineación molecular.

Esto les permitió imprimir formas complicadas de elastómeros cristalinos líquidos que cambian de maneras específicas cuando se calientan.

“Nuestro trabajo abre nuevas posibilidades para crear materiales avanzados que respondan a los estímulos de maneras útiles, lo que podría conducir a innovaciones en múltiples campos“, dijo Roach.

La amortiguación mecánica se refiere a la reducción o disipación de la energía de las vibraciones u oscilaciones en sistemas mecánicos, incluidos los amortiguadores de automóviles, los amortiguadores sísmicos que ayudan a proteger los edificios de los terremotos y los amortiguadores de vibraciones en puentes que minimizan las oscilaciones causadas por el viento o los vehículos de motor.

Los estudiantes de OSU Adam Bischoff, Carter Bawcutt y Maksim Sorkin y otros investigadores demostraron que un método de fabricación conocido como impresión 3D con escritura directa de tinta puede producir dispositivos de amortiguación mecánica que disipan la energía de manera efectiva en una amplia gama de tasas de carga.

Fuente: Advanced Materials