Metamateriales: estructuras impresas en 3D que no dilatan con el calor

¿Has oído hablar de los metamateriales? Mientras a lo mejor piensas que ya lo has escuchado todo sobre la impresión 3d, cada día nos vemos sorprendidos por nuevas aportaciones de esta tecnología.

Investigadores del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) vuelven a sorprendernos con otra de sus innovaciones. Anteriormente, habían logrado llamar la atención con proyectos que han ido desde la biotinta de grafeno, hasta la creación de nuevos tipos de microestructuras, el desarrollo de la impresión 4D junto con el origami para la creación de estructuras complejas. En esta ocasión, han logrado crear metamateriales en base a una serie de microretículas metálicas que se encojen a altas temperaturas en lugar de dilatarse.

Las microretículas: nuevas estructuras metálicas súper ligeras

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Investigadores del LLNL se han sacado un nuevo as de la manga creando, gracias a la impresión 3D, nuevos metamateriales que pueden ser manipulados para encoger cuando se exponen a altas temperaturas, en lugar de expandirse. Imprimiendo en 3D un metamaterial a base de un polímero y un compuesto de cobre han creado una microretícula metálica.

Para entendernos, se trata de un material poroso sintético, con una densidad muy baja, capaz de conformar las estructuras metálicas más ligeras y resistentes que existen.

Os mostramos un vídeo donde podéis visualizar a lo que nos referimos:

Microestructuras que no se dilatan con el calor

Según se desprende del estudio que el LLNL ha publicado en la revista científica “Physical Review Letters”, este equipo de investigadores ha dejado claro que se trataría del primer ejemplo de ajuste sincronizado ante la dilatación térmica negativa (NTE) en las tres direcciones cartesianas de estructuras en microretículas metálicas.

Aclaramos que la dilatación térmica negativa es un proceso por el cual algunos materiales se contraen al ser calentados, al contrario que la mayoría de sustancias, que suelen dilatarse con el calor.

En la fabricación de los metamateriales, la dilatación térmica negativa provocada por la interacción de materiales con distintos coeficientes de expansión térmica, puede ser regulada por los científicos, variando la diferencia de coeficientes entre la estructura y los parámetros geométricos.

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¿Qué aplicaciones podría tener este logro? Según los resultados que se han observado, algunas de las aplicaciones más relevantes de este nuevo metamaterial podrían encontrarse en la fabricación de elementos como microchips o montajes ópticos de alta precisión.

Para hacer las cosas aún más interesantes, Jonathan Hopkings, con gran experiencia en el tema que nos ocupa, diseñó en su momento una estructura similar y también ha escrito sobre este nuevo descubrimiento. Es profesor asistente de ingeniería y mecánica aeroespacial en la Universidad de UCLA, también era investigador de postdoctorado en el LLNL.

Él ha estado trabajando con estructuras basadas en la interacción humana, ganó el premio presidencial para científicos e ingenieros a principios de su carrera (PECASE) en relación a sus hallazgos y las investigaciones realizadas, en las que continúa trabajando.

Según Hopkings, lo más interesante en cuanto a la estructura es que está hecha de dos materiales distintos, estructura y espacio vacío. Cuando la calientas, mientras unos de los haces se expande más que los otros, los puntos de conexión entre las celdas que conforman la estructura, tiran hacia adentro y hacen que la microretículas en conjunto se encoja.

Metamateriales e impresión 3D

Nicholas Fang, profesor asociado de ingeniería mecánica, anunció que su equipo del MIT ha conseguido imprimir estas microrretículas bi-material. Para ello usaron la tecnología de impresión 3D por microstereolitografía  (SLA) que usa el principio de foto-polimerización para fabricar las piezas, en resinas acrílicas y en ABS, admitiendo todo tipo de tamaños a la vez que geometrías complejas y de gran precisión.

Os explicamos visualmente la esreolitografía con un sencillo vídeo

Pero el equipo fue mucho más allá y usaron la microestereolitografía para crear estos metamateriales.

Según Qiming Wang, director de la investigación, el problema es que esos materiales tienen distintos coeficientes de dilatación, así que cuando se incrementa la temperatura, interactúan entre sí y se encogen, haciendo que la estructura total se encoja. El próximo paso será conseguir fabricar metamateriales con dilatación térmica cero, lo que podría resolver otra serie de problemas asociados a las altas temperaturas.

Metamateriales, ¿El futuro en materiales de construcción?

Los autores de la investigación ven que el descubrimiento puede ser crucial en aplicaciones tales como empastes dentales así como se está estudiando la aplicación futura este tipo de estructuras a base de metamateriales en el relleno de materiales de construcción o en viguería, para por ejemplo, puentes o edificios, solucionando así los grandes problemas estructurales que crea a veces la dilatación térmica en este ámbito.

La creación de estructuras que no sufran alteraciones por dilatación, realmente augura un futuro realmente prometedor en el sector de la ingeniería y la construcción.

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2018-07-09T15:10:20+00:00

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