Desarrollan un impresionante material 3D: elástico, flexible y reciclable
Un equipo de ingenieros de la Universidad de Princeton ha creado un revolucionario material plástico que combina elasticidad, flexibilidad, capacidad de reciclaje y bajo costo. Este avance, publicado en la revista Advanced Functional Materials, podría transformar industrias como la robótica, los dispositivos médicos y los productos deportivos.
El equipo de investigación liderado por Emily Davidson, profesora asistente de ingeniería química y biológica, desarrolló una técnica de impresión 3D escalable que utiliza elastómeros termoplásticos, una clase de polímeros ampliamente disponibles y económicos. Estos materiales permiten personalizar las propiedades mecánicas del plástico, como su rigidez o elasticidad, dependiendo de la dirección deseada.
El secreto de este material reside en su estructura interna. Los investigadores usaron copolímeros en bloque que forman cilindros rígidos de apenas 5 a 7 nanómetros dentro de una matriz polimérica flexible. Para poner esto en perspectiva, un cabello humano tiene un grosor de aproximadamente 90.000 nanómetros. Esta disposición permite que el plástico sea rígido en una dirección, pero elástico y flexible en otras.
"El elastómero que estamos utilizando forma nanoestructuras que podemos controlar", dijo Davidson, quien también es miembro asociado de la facultad del Instituto de Materiales de Princeton. Lo que les permite a los diseñadores ejercer cierto grado de influencia sobre los productos terminados. "Podemos crear materiales que tengan propiedades adaptadas en diferentes direcciones", aseveró.
Gracias a la impresión 3D, los diseñadores pueden orientar los cilindros nanométricos en direcciones específicas dentro de un mismo objeto, creando estructuras con propiedades mecánicas ajustadas a distintas necesidades. Esto abre nuevas posibilidades para aplicaciones como prótesis, robótica blanda y plantillas de alto rendimiento.
La técnica desarrollada por el equipo no solo permite controlar la orientación de los nanocilindros, sino que también incorpora un proceso de recocido térmico. Este proceso implica calentar y enfriar el material de manera controlada, mejorando significativamente sus propiedades y permitiendo que los objetos impresos sean reutilizables.
Alice Fergerson, autora principal del estudio y estudiante de posgrado en Princeton, destacó el papel crucial del recocido térmico:.“Creo que una de las partes más interesantes de esta técnica son las muchas funciones que desempeña el recocido térmico: mejora drásticamente las propiedades después de la impresión y permite que las cosas que imprimimos sean reutilizables muchas veces e incluso se recuperen por sí solas si el artículo se daña. dañado o roto”.
Una de las metas del equipo fue desarrollar un proceso asequible y escalable. Mientras que materiales como los elastómeros de cristal líquido pueden ofrecer propiedades similares, su costo elevado (más de 2.50 dólares por gramo) y los procesos complejos de fabricación los hacen poco prácticos para muchas aplicaciones. En contraste, los elastómeros termoplásticos utilizados en este estudio cuestan aproximadamente 0.01 dólares por gramo y pueden procesarse con impresoras 3D comerciales.
Además, el equipo demostró que el material puede incorporar aditivos funcionales sin perder sus propiedades. Por ejemplo, añadieron una molécula orgánica que permite que el plástico brille en rojo al exponerse a la luz ultravioleta. También imprimieron estructuras complejas, como una vasija en miniatura y un texto con giros precisos que deletrean "PRINCETON".
El recocido térmico no solo mejora la estructura interna del material, sino que también facilita su autorreparación. En experimentos, los investigadores cortaron muestras del plástico flexible y las volvieron a unir mediante recocido. El material reparado mostró las mismas propiedades que el original, sin diferencias significativas.
El equipo de investigación planea explorar nuevas arquitecturas imprimibles en 3D que puedan adaptarse a aplicaciones como la electrónica portátil y dispositivos biomédicos. Estas estructuras podrían revolucionar la forma en que se diseñan productos que requieren materiales ligeros, flexibles y resistentes. @mundiario