Novedades

Las tecnologías de celulosa impresas en 3D basadas en madera ofrecen una alternativa a los plásticos y materiales poliméricos actualmente presentes en la electrónica. La Universidad Simon Fraser e investigadores suizos están desarrollando una solución ecológica imprimible en 3D para producir sensores inalámbricos de Internet de las cosas (IoT) que se pueden usar y eliminar sin contaminar el medio ambiente.

La investigación ha ganado algo de publicidad después de convertirse en la portada de la edición de febrero de la revista Advanced Electronic Materials. Si bien la impresión 3D con celulosa no es completamente nueva en el campo de la bioimpresión , sus aplicaciones en la electrónica impresa en 3D ciertamente lo son. La celulosa ha sido durante mucho tiempo un material de discusión para el plástico y las alternativas no biodegradables. Sus funcionalidades e imprimibilidad también lo convierten en un candidato para este tipo de electrónica.

Impresión 3D y aplicaciones de IoT inalámbricas

Si bien las tecnologías de IoT están ganando demanda debido a sus funciones de conveniencia y monitoreo industrial, la impresión 3D está ayudando de muchas maneras. Este proyecto sirve como un ejemplo de cómo la fabricación aditiva agrega flexibilidad y, debido a su precisión, agrega la capacidad de integrar funciones en formas 3D o textiles.

El equipo de investigación de SFU está llevando a cabo su trabajo en PowerTech Labs en Surrey, que alberga varias impresoras 3D de última generación.

“ Nuestros sensores de celulosa impresos en 3D ecológicos pueden transmitir datos de forma inalámbrica durante su vida útil y luego pueden desecharse sin preocuparse por la contaminación ambiental ”, dice el profesor Kim. “ Este desarrollo ayudará a promover la electrónica ecológica…” Agrega: “ Si somos capaces de cambiar los plásticos en PCB por materiales compuestos de celulosa, el reciclaje de componentes metálicos en la placa podría recolectarse de una manera mucho más fácil. »

Experimentos similares con comunicación inalámbrica e impresión 3D han arrojado resultados interesantes. Si bien no es expresamente una función de IoT, los estudiantes de la Universidad de Washington codificaron datos binarios simples utilizando señales no eléctricas, wifi y antenas. Estas tecnologías podrían transmitir datos cotidianos cruciales no solo en los entornos laborales sino también en el hogar.

Imagen destacada cortesía de la Universidad Simon Fraser.

Los materiales dicroicos existen desde hace mucho tiempo, al menos desde el siglo IV d.C. Estos materiales, sobre todo el vidrio dicroico, pueden reflejar, absorber y atravesar la luz de diferentes formas dependiendo de cómo se mire, dándoles transparencias y colores variables según la fuente de luz. Ahora, investigadores holandeses de la Universidad de Wageningen han desarrollado nuevos materiales dicroicos imprimibles en 3D .

El equipo de investigación desarrolló los materiales utilizando plásticos y nanopartículas de oro. Este proceso existe desde hace un tiempo, y se remonta a las vidrieras “ en la época medieval, cuyos ejemplos aún se pueden encontrar en muchas iglesias y catedrales de Europa ”, según los investigadores. Naturalmente, ahora están aplicando principios similares utilizando la impresión 3D.

Como resultado, el material de impresión dicroico muestra dos paletas de colores distintas según la fuente de luz y la perspectiva. Cuando la luz está encendida, parece ser de un marrón fangoso. Sin embargo, cuando la luz está del otro lado, podemos ver claramente a través de ella, lo que la convierte en un rosa púrpura transparente (más o menos). Los científicos aún están perfeccionando la tecnología, probando los efectos del uso de varios tipos de nanopartículas y materiales de impresión.

Aplicación de nanopartículas de oro

El material en sí es solo un PVA al que los investigadores agregaron nanopartículas. El resto es más un truco de la luz que crea la presencia de oro. Las nanopartículas de oro son de diferentes tamaños, pero no usaron mucho. Constituye solo el 0,07 por ciento del peso del material compuesto resultante.

Los investigadores crearon los AuNP dicroicos con un método Turkevich modificado, hirviendo una solución de ácido cloroáurico y haciéndola reaccionar con citrato utilizando una mezcla molar de citrato / oro, produciendo AuNP de alrededor de 10 nm. Redujeron los iones de oro a nanopartículas de oro, utilizando el citrato como agente reductor y taponador. Luego estudiaron la solución de nanopartículas con microscopía electrónica de transmisión (TEM).

“La síntesis presentada es fácil y rápida, ya que se necesitan pocos minutos para obtener la solución dicroica después de la adición del citrato. Durante la síntesis, la solución cambió de color varias veces: la solución amarilla de los iones de oro se volvió azul un minuto después de la adición de la solución de citrato. Dos minutos después, la solución mostró un color negro intenso, antes de volverse dicroica después de otros dos minutos de ebullición ”, afirmaron los investigadores.

La técnica podría funcionar con la mayoría de las impresoras 3D de escritorio comerciales y el filamento de impresora 3D . De hecho, utilizaron PVA debido a su ubicuidad como material dentro del mundo de la impresión 3D. Como descubrieron, la presencia de nanopartículas no alteró las propiedades del filamento de PVA. Los investigadores también recubrieron el material para crear dos versiones: una que es soluble en agua y otra que no lo es. Los materiales de impresión dicroicos proporcionan una estética prolija, además de proporcionar posibles vías para la creación de filtros.

Imagen destacada cortesía de la Universidad de Wageningen, recuperada a través de New Atlas.

En aplicaciones de aditivos metálicos, la distorsión puede ser un problema importante. A medida que se producen las piezas, la fusión y el enfriamiento del material pueden provocar deformaciones y defectos que inutilizan el producto final. ESI Group se ha asociado con el proveedor de soluciones de fabricación aditiva AddUp en un nuevo producto de simulación llamado Distortion Simulation AddOn que proporciona simulación de distorsión para los usuarios del software AddUp Manager.

Con esta tecnología de simulación podemos ayudar a nuestros clientes a mejorar su eficiencia operativa y su capacidad de respuesta aumentando significativamente la cantidad de piezas correctas por primera vez. Vincent Ferreiro, director ejecutivo de AddUp

Simulador de impresión metálica de AddUp

Los resultados de la simulación indican las características físicas de las piezas junto con los desplazamientos, deformaciones y tensiones residuales. Conecta todos estos con criterios de viabilidad que calcula la preproducción. Como resultado, puede anticipar los riesgos de paradas de producción debido a colisiones con el rodillo o raspador y produce una geometría modificada al final del proceso.

El software ciertamente frena la imprevisibilidad del proceso al ser una simulación previa intuitiva. El módulo proporciona continuidad de producción al integrar directamente simulaciones en las etapas previas del proceso. Si bien este proceso anterior es ideal para la producción industrial, también es ideal para principiantes. AddUp diseñó su simulador de impresión en metal para que sea intuitivo en múltiples escalas, al tiempo que promueve la experimentación con formas.

Imagen destacada cortesía de AddUp.

Es fácil olvidar cómo eran las computadoras en los días de Babbage. Grandes sistemas físicos con engranajes y partes móviles. Si bien esa forma de computación mecánica se ha ido, los investigadores de LLNL se están inspirando en ella para nuevas tecnologías novedosas . Al combinar las puertas lógicas de la vieja escuela con la fabricación aditiva, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore ha creado «materiales sensibles» que pueden responder a los cambios en su entorno. Como resultado, las puertas lógicas prosperan en situaciones donde las computadoras comunes no pueden, es decir, entornos de alta radiación, calor o presión.

Según el investigador principal Andy Pascal:

Si incrustaba puertas lógicas en el material, ese material podría sentir algo sobre su entorno. Es una forma de tener un material receptivo; nos gusta llamarlo un material sensible, que podría tener respuestas complicadas a la temperatura, la presión, etc. La idea es que va más allá de ser inteligente. Está respondiendo de forma controlada y precisa.

La creación de tales materiales sensibles requirió una fabricación microaditiva y resoluciones intensas. Cada puerta comprende «flexiones» que se comportan como interruptores. Las flexiones se encadenan y, en reacción a determinados estímulos, desencadenan una alteración en sus configuraciones. Estos cambios son programables de tal manera que realizan cálculos lógicos mecánicos sin alimentación externa.

Las puertas operan debido al desplazamiento. Las señales que reciben están en binario, que se transmiten desde un transductor. Puede ser un pulso de presión o un pulso de luz de un cable de fibra óptica, lo que hará que realicen un cálculo. Ellos interpretan los resultados como movimiento y la cadena continúa a lo largo de todas las puertas, cambiando así físicamente la forma del dispositivo.

Creación de ordenadores mecánicos de metamaterial

Los investigadores pudieron afinar las reacciones de los materiales sensibles mediante el ajuste de las flexturas. Aunque, es sorprendente que usaran materiales termoplásticos relativamente simples, es decir, ABS. Incluso utilizaron Solidworks para hacer los modelos y los imprimieron con Stratasys F370 en ABS (ABS-M30).

La idea de estos materiales sensibles es análoga a la de la impresión 4D , que tiene aplicaciones similares. Si bien la impresión 4D ha tenido usos interesantes, rara vez son tan complejos. La investigación adicional con estos materiales sensibles podría ayudar a crear construcciones muy interesantes. Las puertas lógicas mecánicas, aunque no son tan potentes como las computadoras típicas, podrían resultar útiles en los rovers enviados al espacio exterior. También podrían servir como computadoras de bajo consumo con la capacidad de sobrevivir a interferencias nucleares o electromagnéticas. Normalmente, las computadoras no podrían sobrevivir en estas condiciones. Sin embargo, las puertas lógicas no solo sobrevivirían, sino que incluso podrían usar los estímulos a su favor.

“ Lo bueno de nuestro diseño es que no tiene una escala limitada ”, dijo Pascall. “ Podemos bajar a un orden de varios micrones hasta el tamaño que necesite, y se puede crear un prototipo rápidamente. Esta sería una tarea difícil sin la impresión 3D «.

Imagen destacada cortesía del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.