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La Investigación de Materiales está llegando a un punto donde, al menos para mí, parece estar alcanzando el ámbito de la ciencia ficción. En la impresión 4D, los materiales que cambian de forma y los hidrogeles que parecen tejidos son solo un par de ejemplos que me vienen a la mente. Materiales impresos en 3D que pueden auto-repararse, es un nuevo proyecto de investigación en la University of Southern California que recientemente ha llamado mi atención.
El innovador material puede en verdad repararse si se rompe, se fractura o se perfora. Además se imprime en 3D rápidamente mediante un proceso de fotopolimerización. A futuro, el material podría significar un factor sustancial de cambio para muchas industrias. Podría aumentar la durabilidad y la vida útil de productos como calzado, neumáticos, robóticos y electrónicos.
Además de sus cualidades de reparación automática, el material imprimible en 3D también está diseñado para fabricarse rápidamente. Usando un proceso de fotopolimerización, las piezas se pueden imprimir en tan solo 20 minutos. Esto es, a una velocidad de construcción de aproximadamente 5 segundos por 17,5 milímetros cuadrados.
El material en sí mismo contiene propiedades químicas únicas. Le permiten solidificarse cuando se expone a la luz y repararse cuando se calienta. Los investigadores explican: “La fotopolimerización se logra a través de una reacción con un determinado grupo químico llamado tioles. Al agregar un oxidante a la ecuación, los tioles se transforman en otro grupo llamado disulfuros. Es el grupo disulfuro el que puede transformarse cuando se rompe, lo que lleva a la capacidad de autocuración”.
Desarrollando el material, los investigadores, liderados por el profesor asistente Qiming Wang, encontraron el equilibrio perfecto entre los dos químicos. Esto para asegurar que la proporción permitiría la impresión y la capacidad de reparación.
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“Cuando aumentamos gradualmente el oxidante, el comportamiento de autocuración se hace más fuerte, pero el comportamiento de fotopolimerización se vuelve más débil”, agregó Wang. “Hay competencia entre estos dos comportamientos. Y, finalmente, encontramos la proporción que puede permitir una alta autoreparación y una fotopolimerización relativamente rápida”.
Para demostrar cómo funciona el material, el equipo de investigación imprimió en 3D una serie de artículos. Entre ellos, una plantilla acolchada para zapatos, un robot blando, un compuesto multifase y un sensor electrónico. Todos fueron posteriormente cortados por la mitad. En dos horas (y calentadas a 60 °C), la mayoría de las piezas se habían reparado por sí mismas. El sensor electrónico tardó un poco más (cuatro horas) debido al carbono que se usa para transmitir electricidad. Los investigadores especifican que el tiempo de curación se puede disminuir al elevar la temperatura.
“Realmente demostramos que a diferentes temperaturas, desde 40 grados centígrados hasta 60 grados centígrados, el material puede sanar a casi el 100 por ciento”, dijo Kunhao Yu, un estudiante de Ingeniería Estructural que fue el primer autor del estudio. “Al cambiar la temperatura, podemos manipular la velocidad de curación, pero incluso a temperatura ambiente el material todavía puede autocurarse“.
El proyecto de investigación está avanzando a medida que el equipo explora diferentes rigideces para los materiales de reparación automática, desde materiales blandos similares al caucho hasta plásticos duros. Este último grupo podría tener aplicaciones en partes de vehículos, materiales compuestos y armaduras.
Traducido de: 3D printed rubber-like material can self-repair when broken, artículo original de Tess Boissonneault.
