Permitiendo a los usuarios crear objetos desde juguetes simples hasta piezas protésicas personalizadas, los plásticos son un material de impresión 3D popular. Pero estas partes impresas son mecánicamente débiles, un defecto causado por la unión imperfecta entre las capas impresas individuales que forman la parte 3D.
Investigadores de la Universidad Texas A&M, en colaboración con científicos de la compañía Essentium, Inc., han desarrollado la tecnología necesaria para superar el "punto débil" de la impresión 3D. Al integrar la ciencia del plasma y la tecnología de nanotubos de carbono en la impresión 3D estándar, los investigadores soldaroncapas impresas adyacentes de manera más efectiva, aumentando la confiabilidad general de la parte final.
"Encontrar una manera de remediar la unión inadecuada entre las capas impresas ha sido una búsqueda continua en el campo de la impresión 3D", dijo Micah Green, profesora asociada en el Departamento de Ingeniería Química de Artie McFerrin. "Ahora hemos desarrollado una tecnología sofisticada quepuede reforzar la soldadura entre estas capas mientras se imprime la pieza 3D ".
Sus hallazgos fueron publicados en la edición de febrero de la revista Nano letras .
Los plásticos se usan comúnmente para la impresión 3D por extrusión, conocida técnicamente como modelado por deposición fundida. En esta técnica, el plástico fundido se extrae de una boquilla que imprime las piezas capa por capa. A medida que las capas impresas se enfrían, se fusionan entre sí paracrear la parte 3D final.
Sin embargo, los estudios muestran que estas capas se unen de manera imperfecta; las piezas impresas son más débiles que las piezas idénticas hechas por moldeo por inyección donde los plásticos fundidos simplemente asumen la forma de un molde preestablecido al enfriarse. Para unir estas interfaces más a fondo, se requiere un calentamiento adicional, perocalentar piezas impresas usando algo parecido a un horno tiene un gran inconveniente.
"Si pones algo en un horno, se va a calentar todo, por lo que una parte impresa en 3D puede deformarse y derretirse, perdiendo su forma", dijo Green. "Lo que realmente necesitábamos era alguna forma de calentar solo las interfaces entrecapas impresas y no toda la parte "
Para promover la unión entre capas, el equipo recurrió a los nanotubos de carbono. Dado que estas partículas de carbono se calientan en respuesta a las corrientes eléctricas, los investigadores recubrieron la superficie de cada capa impresa con estos nanomateriales. Similar al efecto de calentamiento de las microondas en los alimentos,El equipo descubrió que estos recubrimientos de nanotubos de carbono se pueden calentar utilizando corrientes eléctricas, lo que permite que las capas impresas se unan.
Para aplicar electricidad mientras se imprime el objeto, las corrientes deben superar un pequeño espacio de aire entre el cabezal de impresión y la parte 3D. Una opción para cerrar este espacio de aire es usar electrodos metálicos que toquen directamente la parte impresa, pero Verdedijo que este contacto puede introducir daños involuntarios en la pieza.
El equipo colaboró con David Staack, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica J. Mike Walker '66, para generar un haz de partículas de aire cargadas, o plasma, que pudieran llevar una carga eléctrica a la superficie de la parte impresa.Esta técnica permitió que las corrientes eléctricas pasaran a través de la parte impresa, calentando los nanotubos y soldando las capas juntas.
Con la tecnología de plasma y el material termoplástico recubierto con nanotubos de carbono en su lugar, los investigadores de Texas A&M y Essentium agregaron ambos componentes a las impresoras 3D convencionales. Cuando los investigadores probaron la resistencia de las piezas impresas en 3D usando su nueva tecnología, descubrieron que susla resistencia era comparable a las piezas moldeadas por inyección.
"El santo grial de la impresión 3D ha sido obtener la fuerza de la parte impresa en 3D para que coincida con la de una parte moldeada", dijo Green. "En este estudio, hemos utilizado con éxito el calentamiento localizado para fortalecer las piezas impresas en 3D".para que sus propiedades mecánicas ahora compitan con las de las piezas moldeadas. Con nuestra tecnología, los usuarios ahora pueden imprimir una pieza personalizada, como una prótesis personalizada, y esta pieza tratada térmicamente será mucho más resistente que antes ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas A&M . Original escrito por Vandana Suresh. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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