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Los materiales energéticos forman una parte crucial de muchos bienes como fuegos artificiales, explosivos y propulsores. Dar forma y producir estos materiales, sin embargo, puede ser una tarea bastante precisa considerando su naturaleza volátil. Parece que los investigadores de la Universidad de Purdue han descifrado el código en materiales energéticos de impresión 3D . Su método también garantiza una producción más rápida, segura, económica y respetuosa con el medio ambiente.

El profesor de ingeniería mecánica de la Universidad de Purdue, Jeffrey Rhoads, y Emre Gunduz, ex profesor asistente de investigación de Purdue, fueron los investigadores principales de este proyecto innovador. Su nueva técnica permite a los impresores producir materiales similares a la arcilla con una consistencia espesa y pegajosa. El nivel de precisión que proporciona la técnica mejora la seguridad tanto en la fabricación como en el producto final. La atención al detalle, como ya se puede adivinar, puede ser una cuestión de vida o muerte con explosivos y fuegos artificiales.

“ Hemos demostrado que podemos imprimir estos materiales energéticos sin huecos, lo cual es clave ”, dijo Rhoads. “Los vacíos son malos en los materiales energéticos porque generalmente conducen a quemaduras inconsistentes, a veces catastróficas. »

Método de impresión de Purdue

Los investigadores emplearon el uso de 3 impresoras de inyección de tinta piezoeléctricas. Las impresoras depositaron capas de nanotermita de óxido de aluminio y cobre (II) para formar los objetos. Los investigadores emplearon el uso de una tubería PipeJet P9 de 500 μm para demostrar la deposición exitosa de nanotermita en diferentes patrones geométricos con precisión micrométrica.

Al hacerlo, los investigadores acababan de crear un medio para dar forma a estos materiales de forma segura y sin el uso de disolventes para aumentar la viscosidad. Los métodos tradicionales usan toneladas de solventes para lograr las calidades adecuadas del material, pero este método renuncia a ese componente. La falta de necesidad de disolventes también ayuda en gran medida a reducir los costes, como han afirmado los investigadores.

Por ahora, el equipo ha formado su propia empresa, Next Offset Solutions Inc. A través de esta organización pueden realizar investigaciones más específicas en este campo. El potencial de esta técnica es inmenso. Podría permitir reducciones masivas de costos, una mejor eficiencia y, como destaca el estudio, la integración perfecta de material energético en dispositivos electrónicos de pequeña escala.

El estudio también está disponible aquí .

Investigadores del MIT , Draper y Brigham and Women’s Hospital han diseñado una cápsula impresa en 3D ingerible que los médicos pueden controlar mediante la tecnología inalámbrica Bluetooth. En efecto, la cápsula podría administrar medicamentos y detectar las condiciones ambientales mientras permanece en el estómago del paciente durante aproximadamente un mes. Aún más fascinante es el hecho de que los usuarios aparentemente pueden controlar la cápsula impresa en 3D con sus teléfonos inteligentes.

Este increíble avance podría brindar atención a los pacientes con dosis precisas de medicamentos sin problemas. Del mismo modo, podrían realizar un seguimiento constante de las infecciones, reacciones alérgicas y otras dolencias y responder a ellas. Potencialmente, los dispositivos también podrían comunicarse con otros dispositivos médicos implantables y portátiles. En efecto, los médicos podrían tratar y diagnosticar a sus pacientes todos con una cápsula no intrusiva.

“ Nuestro sistema podría proporcionar monitoreo y tratamiento de circuito cerrado, mediante el cual una señal puede ayudar a guiar la administración de un medicamento o ajustar la dosis de un medicamento ”, dice Giovanni Traverso, científico visitante en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.

Los investigadores han estado desarrollando la versión actual durante años. Originalmente en 2020, diseñaron una cápsula en forma de estrella con seis brazos que se pliegan y caben en una cápsula lisa. Después de la ingestión, la cápsula se rompe y los brazos se expanden. La forma de los brazos lo aloja en el estómago y evita que pase. Este nuevo dispositivo es similar al diseño original, sin embargo, se despliega en forma de Y. En aproximadamente un mes, la cápsula impresa en 3D se disuelve en trozos más pequeños y pasa a través del tracto digestivo.

Diagnóstico inalámbrico, ingerible y atención al paciente

Un brazo contiene cuatro compartimentos pequeños donde la cápsula puede almacenar medicamentos. Los investigadores lo hicieron a partir de un polímero que distribuye las sustancias en el transcurso de varios días. En este punto, los investigadores creen que podrían programar los compartimentos para que se abran con el comando bluetooth. El dispositivo también puede llevar una variedad de sensores para que pueda detectar los signos vitales y las reacciones del cuerpo. Anteriormente, los investigadores ya habían demostrado que pueden transmitir estos datos, y este nuevo estudio ha demostrado que la cápsula podría transmitir datos del paciente a distancia a un dispositivo de teléfono inteligente.

“ El rango de conexión limitado es una mejora de seguridad deseable ”, dice Yong Lin Kong, autor principal del estudio. “ El autoaislamiento de la intensidad de la señal inalámbrica dentro del espacio físico del usuario podría proteger el dispositivo de conexiones no deseadas, proporcionando un aislamiento físico para mayor seguridad y protección de la privacidad. »

Los investigadores imprimieron en 3D la cápsula utilizando capas alternas de polímeros rígidos y flexibles. Estos polímeros dieron a la cápsula la capacidad de resistir el ambiente ácido dentro del estómago. Todavía hay mejoras que los investigadores desean realizar. Por ejemplo, la versión actual funciona con una sola batería de óxido de plata. Los investigadores están estudiando cómo pueden mejorar esto, posiblemente alimentando a través de una antena externa o los propios ácidos del estómago.

Si bien aún está lejos de llegar al mercado, ha ganado algunos patrocinadores adinerados. La Fundación Bill y Melinda Gates financió la investigación, junto con los Institutos Nacionales de Salud a través de Draper. Este hallazgo podría tener implicaciones masivas sobre cómo detectamos y tratamos las dolencias físicas. No podemos esperar a ver cuándo llega a las personas que más lo necesitan.

Imagen destacada cortesía de los investigadores, recuperada a través del sitio web del MIT.

Anteriormente cubrimos el prolífico trabajo de City University Hong Kong con la impresión de cerámica 4D . El proceso dio como resultado materiales compuestos de polímero-cerámica imprimibles y estirables con formas complejas. Los investigadores creen que la cerámica podría ayudar a mejorar las comunicaciones de Internet en las redes 5G e incluso los viajes espaciales.

En términos de aplicaciones aeroespaciales e industriales, es bastante fácil ver por qué la cerámica 4D sería genial. Cambian de propiedades, tamaño y textura en función de los estímulos, adaptándose a su entorno pero también tienen resistencia a las altas temperaturas. Esto los hace ideales para aparatos de calefacción no metálicos y tecnología de propulsión.

La mezcla de cerámica y polímeros también hace que toda la estructura sea más suave y maleable. Potencialmente, pueden estirarse hasta 3 veces su longitud inicial. Las formas complejas que se pueden producir con estos junto con sus propiedades electromagnéticas brindan tantas posibilidades en el desarrollo de la electrónica, pero el uso que parece más interesante es el de las redes 5G y la potencia de señal mejorada.

Propiedades de EM de impresión cerámica

Con la llegada de las redes 5G, los materiales cerámicos están jugando un papel único. En primer lugar, tienen una baja pérdida dieléctrica y pueden diseñarse con una excelente estabilidad térmica de las propiedades dieléctricas. También son relativamente fáciles de incorporar metales, que es una de las razones por las que muchos métodos de impresión de metales utilizan cerámica. También tienen propiedades magnéticas y de absorción útiles.

Estas propiedades proporcionan a la cerámica una ventaja única en la producción de teléfonos móviles y enrutadores. Además, la impresión 4D lo lleva al siguiente nivel al hacerlos resistentes y estirables simultáneamente. Sin duda, esperaríamos que el crecimiento de los materiales compuestos de cerámica y polímero de cerámica coincidiera con la proliferación de las redes 5G.

Imagen destacada cortesía de City University Hong Kong, recuperada a través de AsiaTimes.

Un proyecto combinado entre MIT y ETH Zurich ha permitido la creación de un material con la mayor relación rigidez / peso posible. Esto significa que si bien el material es muy rígido, también lo equilibra con un peso relativamente bajo. En esencia, es el material más rígido hasta ahora y está bastante cerca de los límites teóricos que permite la física. La investigación podría abrir nuevas vías en el desarrollo de cualquier cosa, desde implantes médicos hasta proyectos de construcción.

Este tipo de relación rigidez / peso es crucial para aviones y autos de carrera, por ejemplo. Para lograr las velocidades que necesitan, no pueden consistir en las formas más pesadas de sus respectivos metales. Del mismo modo, los implantes médicos no deben sobrecargar a la persona que los usa, pero deben ser lo suficientemente rígidos para soportar una fuerza significativa.

Entonces, ¿cómo se logra una rigidez sin apelmazar el material? Este truco en particular radica en la estructura interna. La idea principal no está tanto en el material en uso como en la construcción a microescala. Con el uso de intrincados patrones de cerchas, fajas y arcos, los investigadores no solo maximizaron la rigidez, sino que también lograron una impresión de alta resistencia utilizando plástico. Además, lograron una impresión que mide por igual en las 3 direcciones en cuanto a rigidez y resistencia.

Rigidez de fabricación

Dirk Mohr, profesor de modelado computacional de materiales en la fabricación en ETH Zurich, fue uno de los investigadores que experimentó con formas diferentes para lograr las propiedades correctas para construir el material más rígido. “ El principio de truss es muy antiguo; Se ha utilizado durante mucho tiempo para casas con entramado de madera, puentes de acero y torres de acero, como la Torre Eiffel. Podemos ver a través de celosías de celosía, por lo que a menudo se perciben como estructuras ligeras ideales. Sin embargo, utilizando cálculos de computadora, teoría y mediciones experimentales, ahora hemos establecido una nueva familia de estructuras de celosía de placas que son hasta tres veces más rígidas que las celosías de celosía del mismo peso y volumen. »

Los investigadores diseñaron las estructuras de celosía utilizando modelos informáticos. Las impresiones iniciales estaban en escala micrométrica para las primeras pruebas. Los investigadores están seguros de que estas medidas y propiedades se mantendrán a cualquier escala. Esto le da al material la aplicabilidad cruzada que lo hace útil para implantes médicos e interiores de aviones y automóviles.

“La construcción liviana, cuyo costo actual limita su uso práctico a la fabricación de aeronaves y aplicaciones espaciales, también podría usarse para una amplia gama de aplicaciones en las que el peso juega un papel importante ” , dijo Mohr.

Además, dado que el truco real radica en la estructura interna, la investigación podría aplicar los principios a múltiples materiales. Con la combinación correcta de trusses, arcos y fajas, podrían hacer que muchos materiales diferentes fueran las versiones más rígidas de sí mismos. Lamentablemente, Mohr cree que este avance tendrá su apogeo mucho más tarde, cuando la impresión 3D sea una tecnología de producción en masa. Los costos actuales de construcción de estas celosías hacen que el acero sea » tan caro como la plata » por gramo. Aún así, presenta una idea que realmente podría revolucionar una gran cantidad de industrias a su debido tiempo.

Imagen destacada cortesía de ETH Zurich.