INVESTIGACIÓN Y DISEÑO


Una solución inspirada en una telaraña y basada en la impresión 3D

23/11/2020

CATEGORíA: Nuevos avances



La araña ya no es la única que teje redes con una resistencia irrompible: las impresoras 3D también hacen este trabajo. Un equipo de investigadores de la Polytechnique Montreal acaba de demostrar cómo un lienzo diseñado con fabricación aditiva absorbe hasta el 96% de la energía de un choque sin ceder.


Una innovación que allana el camino hacia la creación de cubiertas plásticas irrompibles, cuyos detalles se publicaron recientemente en Cell Reports Physical Science.

 

La idea detrás de esta publicación está destinada a ser relativamente simple. Frédérick Gosselin y Daniel Therriault, profesores del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Polytechnique Montreal, así como el estudiante de doctorado Shibo Zou, querían demostrar cómo se podía incorporar una malla de plástico en una ventana para evitar que se agrietara ante un impacto.

 

Una idea simple a primera vista, porque la red de plástico no es nada ordinario. Para ello, los investigadores se inspiraron en las propiedades de las telarañas para diseñarlo. "Si una telaraña es capaz de resistir el impacto de un insecto chocando contra ella, es porque tiene la capacidad de deformarse a través de enlaces de sacrificio a nivel molecular, en el 'dentro de las proteínas de la seda”, explica el profesor Gosselin, “Nos basamos en esta estrategia en nuestro enfoque".

 

Biomimetismo por impresión 3D

Para lograr su golpe, los investigadores apostaron por el policarbonato. Cuando se calienta, este plástico se vuelve viscoso como la miel. El equipo del Profesor Gosselin aprovechó esta propiedad para "tejer" una serie de fibras de menos de 2 mm de grosor utilizando una impresora 3D, luego repitió el proceso imprimiendo una nueva serie de filamentos perpendicularmente antes que el todo no se solidifica.

Y es precisamente durante este proceso que el producto final adquiere todas sus propiedades.

A medida que la impresora 3D lo extruye lentamente para formar una fibra, el plástico fundido describe círculos que finalmente forman una serie de bucles. “Una vez solidificados, estos bucles se convierten en enlaces de sacrificio y dan fuerza adicional a la fibra”, explica el investigador. “Cuando hay un choque, toman energía y se descomponen para preservar la integridad de la fibra, al igual que las proteínas de la seda".

 

El equipo del profesor Gosselin demostró los principios detrás de la fabricación de estas fibras en un artículo publicado en 2015. El estudio Cell Reports Physical Science ahora revela cómo se comportan cuando se entrelazan en forma de red.

 

© Shibo Zou

 

Shibo Zou, primer autor del estudio, aprovechó la oportunidad para ilustrar cómo un lienzo de este tipo podría comportarse dentro de una pantalla protectora. Después de revestir una serie de lienzos en obleas de resina transparente, realizó pruebas de impacto. El resultado: las almohadillas de plástico disiparon hasta el 96% de la energía de un impacto sin romperse. En lugar de agrietarse, se deformaron localmente, preservando la integridad de las plaquetas.

 

Según el profesor Gosselin, esta innovación inspirada en la naturaleza podría conducir a la fabricación de un nuevo tipo de vidrio a prueba de balas o conducir a la fabricación de pantallas protectoras de plástico duradero para teléfonos inteligentes. "También podría utilizarse en aeronáutica como carcasa protectora para motores de aviones", dijo el investigador.

 

Mientras tanto, tiene la intención de explorar las posibilidades que se le podrían presentar con este enfoque.

 

El profesor Gosselin y su equipo han obtenido el apoyo del Fonds de Recherche du Québec: Nature et Technologies (FRQNT), el Consejo de Investigación en Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá (NSERC) y la Fundación Canadiense para la Innovación (CFI).

 

Fuente: www.polymtl.ca

 

 

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