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Una de las aplicaciones interesantes de la precisión que proporciona la impresión 3D es que permite a los científicos inspirarse en la naturaleza. El arte de hacer tecnología bioinspirada se ha convertido en la ciencia de la biomimetismo. Desde aparatos de respiración subacuáticos hasta estructuras de panal de abejas, proporciona todo tipo de disposiciones estructurales eficientes. Al explorar estos diseños bioinspirados , la Universidad Estatal de Arizona se ha asociado con PADT para un nuevo programa para acelerar la biomimetismo.

La universidad está avanzando a pasos agigantados teniendo en cuenta que tanto ellos como su pareja ya se han ganado bastante elogios. La NASA otorgó una subvención a ASU y Phoenix Analysis and Design Technologies (PADT) para iniciar su investigación. La subvención de la Fase I de transferencia de tecnología para pequeñas empresas de la NASA, de 127.000 euroes, contribuirá en gran medida a asegurar sus nuevas tecnologías de impresión 3D y a establecer su centro de fabricación aditiva de última generación.

La biomimetismo presenta muchas aplicaciones para el futuro, por lo que no es sorprendente que ASU quiera explorar esta vía. Ya existen dispositivos funcionales y obras de arte que emplean biomiméticos impresos en 3D y muestran sus funciones. Además de construir máquinas, el campo también proporciona una gran comprensión de las criaturas existentes al replicar sus funciones.

Asociación de ASU con PADT

» PADT ha sido un socio excelente para ASU y sus estudiantes mientras exploramos la naturaleza innovadora de la impresión 3D «, dijo Ann McKenna, directora de la escuela y profesora de la Escuela Politécnica, una de las seis escuelas de las Escuelas de Ingeniería Ira A. Fulton .

Una asociación con PADT proporciona una gran experiencia en el rincón de ASU. Además de ASU, la compañía también tiene asociaciones con Lockheed Martin y Stratasys como parte de un programa que imprimió 100 piezas funcionales para un vuelo espacial a Marte. La NASA también está involucrada en esta nueva asociación con ASU, habiendo proporcionado la subvención. Esperan que la investigación en biomimetismo ayude a crear aplicaciones en intercambios de calor, estructuras ligeras y pieles resistentes a los desechos espaciales.

Dhruv Bhate, profesor asociado de la Escuela Politécnica, será una figura importante en la investigación. Anteriormente trabajó con PADT en otro proyecto, por lo que está familiarizado con sus capacidades. » Nuestra capacidad para construir estructuras resistentes y reducir significativamente el peso beneficiará a los diseñadores y fabricantes de productos que aprovechan la tecnología «. él afirma.

Imagen destacada cortesía de la Universidad Estatal de Arizona (Foto de Nick Narducci), recuperada a través de su sitio web.

La NASA y otras agencias espaciales llevan mucho tiempo aprovechando las ideas de la fabricación aditiva para resolver problemas de recursos. No solo es más factible tomar materias primas e imprimirlas en el espacio exterior, sino que será fundamentalmente crucial una vez que la exploración fuera del mundo sea viable. Esta es la razón por la que investigadores australianos de la Universidad Curtin de Perth han creado un kit de herramientas imprimible en 3D para Marte. Presentarán el kit de herramientas como parte del proyecto Mars Home de HP para conceptos de exploración espacial.

“En Marte, no creo la gente será capaz de permitirse el lujo de la cultura fabricación de la Tierra, al menos al comienzo de la vida en Marte”, dijo el doctor Qasim Saad , jefe de diseño de producto del equipo “La industria. un todo tiene que considerar todos los recursos utilizados (desde la materia prima, el uso de energía, hasta las personas, la energía o el espacio que ocupan las máquinas) y acomodar y ajustar activamente los procesos al tiempo que hace que el entorno de vida y trabajo de Marte sea un lugar habitable y habilite personas para satisfacer todas sus necesidades. »

Hay muchas cosas a considerar para las herramientas de impresión en el espacio, como los métodos. Los métodos basados en polvo pueden ser totalmente inapropiados y las altas temperaturas o los láseres pueden ser potencialmente mortales. Por otro lado, es más fácil realizar impresiones en un entorno marciano donde es posible que necesite menos estructuras de soporte. Otras consideraciones que tuvieron que hacer fueron los cálculos de peso y gravedad. Después de todo, los martillos y las palas necesitan una medición precisa de la fuerza que pueden aplicar. Hacer herramientas según los estándares de la Tierra las hará menos efectivas para la reparación y construcción en Marte.

Kit de herramientas de exploración planetaria imprimible en 3D

Al igual que el concurso de hábitat impreso en 3D , HP está lanzando su propio proyecto Mars Home para imprimir la morada ideal en el espacio exterior. El concurso tiene como objetivo reimaginar la vida en Marte con una perspectiva realista y sostenible. Se pide a los distintos equipos que imaginen el futuro del transporte o la construcción de estándares extraterrestres.

El equipo de estudiantes de la Universidad de Curtin ha diseñado una biblioteca digital de herramientas y utensilios físicos para la impresión en el campo. También han hecho que cada modelo sea ideal para editar y mejorar para adaptarse a una variedad de desafíos ambientales diferentes. Dado que en realidad no han estado en Marte, es una buena elección mantener los diseños maleables para posibles actualizaciones.

El equipo de la Universidad de Curtin utilizó una HP Jet Fusion para imprimir un martillo para rocas a base de nailon utilizando AutoCAD. Si bien estas herramientas pueden ser bastante pesadas para los viajes espaciales (cuestan combustible), sus formularios impresos no lo son.

“ Si un objeto excede los requisitos o es voluminoso, se puede triturar en una forma básica y reutilizarlo, y luego reimprimirlo cuando se necesite nuevamente ”, dijo Saad. “ Un ejemplo es si tuviera que ‘mudarse de casa’. El costo de mover todas sus posesiones terrenales sería ineficiente, por lo que se produciría el proceso de reciclaje y reconstrucción. »

Conceptos novedosos como este impulsarán el futuro de la habitación espacial. Por supuesto, los materiales ligeros avanzados también entran en juego con los tipos futuros de impresión 3D. Los investigadores también están analizando estos materiales e ideas como la impresión híbrida. Si bien el costo actual de los viajes espaciales es alto, los aviones y la carga más livianos pueden ahorrar literalmente millones.

Imagen destacada cortesía de la Universidad de Curtin, recuperada a través del sitio web de Design News.

El reciclaje no es algo que uno asocie normalmente con el ejército estadounidense. Pero cuando se trata del campo de batalla, tomas todos los recursos que puedas. El ejército de los EE. UU. Y la Infantería de Marina han ideado un método para convertir botellas de plástico, cartón y otros materiales reciclables en materiales de impresión 3D . Los hallazgos tienen implicaciones masivas para el uso de la fabricación aditiva en campo y bases.

El capitán Anthony Molnar de la Infantería de Marina de los EE. UU. Generó filamento de impresión 3D a partir de tereftalato de polietileno (PET) reciclado derivándolo de botellas y plásticos sin modificaciones químicas ni aditivos. Estos materiales son extremadamente comunes, especialmente alrededor de las bases militares. Como resultado, el ejército puede convertir esto en materia prima para repuestos y componentes importantes.

Si bien ciertamente derivan el PET de él, ese no es el final de la historia. El PET es excelente en muchos casos, sin embargo, tiene ciertas desventajas como la absorción de agua y un alto punto de fusión. Por lo tanto, el ejército recurre a procesar aún más el PET, en polipropileno y celulosa para convertirlo adecuadamente en un filamento.

Reciclaje de PET

Para transformar el PET, el ejército emplea un método de pulverización por cizallamiento en estado sólido. Esta es una forma de reducir los materiales triturados como las botellas reciclables y el cartón a polvos utilizando una extrusora de doble tornillo. Este polvo se convierte en la base del filamento real.

Como demostración, el equipo recicló filamentos de PET e imprimió un soporte de radio para vehículo. Este proceso requirió aproximadamente 10 botellas de agua y tardó aproximadamente dos horas en completarse. Esto es asombroso si se tiene en cuenta que el uso de procesos de fabricación tradicionales lleva mucho más tiempo de espera.

El equipo también ha estado explorando otros materiales como polipropileno y poliestireno. Los investigadores han declarado que el propósito expreso del programa es impulsar la disponibilidad de existencias y disminuir la dependencia de cadenas de suministro externas. Después de todo, la autosuficiencia es imprescindible para cualquier esfuerzo militar.

Imagen destacada cortesía de Nicole Zander y el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU.

Con la ayuda del fabricante de impresoras 3D 3Ding, un grupo de estudiantes ha impreso un minisatélite operativo. Los estudiantes del Instituto Hindustan de Ciencia y Tecnología desarrollaron el satélite de nailon de 33 gramos como parte de la iniciativa de la NASA y Cubes In Space . Han apodado al mini satélite en forma de cubo Jai Hind 1-S.

3Ding ayudó a imprimir el satélite cúbico. Afirman que es el satélite más ligero que jamás haya sido parte de un lanzamiento de la NASA. Se espera que se lance al espacio el 24 de agosto.

El equipo estaba formado por estudiantes adolescentes, de 11 a 18 años, como estipulaban las reglas de la competición. Hari Krishnan (jefe de proyecto), Amarnath (ingeniero de hardware y software), Giri Prasad (ingeniero de operaciones de prueba) y Sudhi G, (ingeniero estructural) fueron los miembros principales que también recibieron la asistencia del profesor Dinesh Kumar. Esta es la segunda incursión del equipo en el diseño de satélites y la tecnología espacial. Originalmente produjeron otro satélite en 2020, sin embargo, este es mucho más duradero, capaz de durar 24 horas completas en el espacio en comparación con los 12 minutos del original.

Construyendo el satélite

“ Dado que el nailon es liviano y tiene una alta resistencia al calor y la abrasión, se alineó con nuestro objetivo de hacer posible el satélite más liviano ” , dijo Krishnan. “ Nuestra aplicación requería una producción de nailon de pequeño tamaño, por lo que ningún método convencional tenía sentido y, por lo tanto, decidimos probar la impresión 3D. El equipo de 3Ding proporcionó valiosas sugerencias de diseño que nos ayudaron a diseñar un modelo eficaz. Dado que la impresión 3D es más rápida y económica con respecto a nuestra aplicación, pudimos probar 2-3 iteraciones de diseño antes de llegar al diseño final. Me sorprendió ver que todo el proceso de impresión 3D tomó solo entre 5 y 6 horas «.

Además de servir como prueba de campo para Nylon en el espacio, el satélite también medirá la humedad, la presión y las temperaturas. Mientras el satélite está en microgravedad, el equipo medirá su trayectoria utilizando velocidad y aceleración.

A la NASA le ha gustado mucho la contratación colectiva y la organización de concursos para nuevos proyectos espaciales. Es una forma muy eficiente de llegar a varias ideas brillantes directamente de entusiastas dedicados. Por lo tanto, con competencias como el hábitat impreso en 3D en el espacio, la NASA y muchos equipos de estudiantes están aprovechando la fabricación aditiva de formas nuevas y emocionantes. El esfuerzo conjunto puede producir el futuro de los viajes espaciales, así que estad atentos.

Imagen destacada cortesía de 3Ding.

La robótica suave y la impresión 4D están despegando gracias a diversas tecnologías de impresión 3D . Ahora, Carnegie Melon University está aprovechando sus capacidades de impresión 3D para construir robots de papel con tintas imprimibles. Los robots son construcciones delicadas que se pliegan y despliegan en reacción a las corrientes eléctricas.

El proyecto es una creación de varios investigadores del Morphing Matter Lab en Carnegie Melon. El proceso es en realidad uno de un actuador de papel impreso que imprimieron con una impresora 3D FDM. El verdadero truco para obtener las capacidades electrónicas es el uso de polilactida, una especie de termoplástico que exhibe un comportamiento de memoria de forma.

» Estamos reinventando este material realmente antiguo «, dijo el profesor Lining Yao. Como profesora asistente en el Human-Computer Interaction Institute (HCII) y directora del Morphing Matter Lab, desarrolló el método junto con su equipo. “La actuación realmente convierte el papel en otro medio, que tiene usos tanto artísticos como prácticos. »

Lo fascinante de este robot es el hecho de que no requiere motor. Guanyun Wang, miembro de la CMU Manufacturing Futures Initiative, cree que esto presenta muchas oportunidades, no solo para la robótica, sino incluso para el “ arte interactivo, el entretenimiento y los electrodomésticos”. »

Robótica funcional de papel con actuadores

Los investigadores comenzaron imprimiendo una capa de tinta conductora de 0,5 mm en papel normal como actuador. Luego, calentaron en el horno toda la impresión a 160 ° F. En consecuencia, el papel sale en la forma doblada precisa que los investigadores pretendían y luego necesita enfriarse. Esta forma se convierte en la forma estándar de que el papel siempre se reducirá a sí mismo sin estímulos.

Luego, los investigadores conectaron cables eléctricos al actuador y los operadores utilizaron la corriente para calentarlo. Esto hace que el termoplástico se expanda y así flexione el papel a un estado enderezado. Funciona como cualquier dispositivo electrónico, regresando a su estado normal una vez que se corta el flujo eléctrico.

Aunque es impresionante, el equipo aún no ha terminado. La profesora Yao y su equipo están buscando actualmente acelerar la actuación con el uso de papeles que tengan una mejor conductividad térmica y desarrollando filamentos imprimibles personalizados para los propios actuadores. En teoría, los robots de papel tampoco tienen que quedarse en el ámbito del papel. Estos mismos principios podrían aplicarse fácilmente a los termoplásticos en el futuro.

Los investigadores están optimizando aún más el método, mejorando la velocidad de impresión y el ancho de la línea termoplástica. Estos ayudarán a lograr diferentes efectos de plegado o doblado para futuras iteraciones. También idearon métodos para imprimir sensores táctiles, sensores de deslizamiento de dedos y detectores de ángulo de flexión que pueden controlar los actuadores del papel. El futuro de la investigación podría estar mucho más avanzado considerando estas tecnologías adicionales.

Imagen destacada cortesía de Carnegie Melon University. El estudio completo también está disponible aquí .