Utilizando tecnología de impresión 3D y una técnica de unión ultrasónica, los investigadores de la TU Graz lograron lograr una unión extremadamente fuerte de la materia prima renovable madera con un compuesto de metal y polímero.
La madera, una materia prima renovable, es climáticamente neutra y, al mismo tiempo, ligera y resistente, lo que la hace especialmente atractiva para su uso en la fabricación de vehículos. Uno de los retos hasta ahora ha sido unir la madera y los demás materiales del vehículo, como metales y compuestos de polímeros, de forma robusta.
El equipo de investigación dirigido por Sergio Amancio del Instituto de Ciencia de Materiales, Unión y Conformado de la Universidad Tecnológica de Graz (TU Graz) (Gean Marcatto, Awais Awan, Willian Carvalho y Stefan Herbst) ha probado con éxito dos técnicas con las que se pueden conseguir uniones extremadamente resistentes sin utilizar adhesivos ni tornillos. La aplicación de las técnicas a la madera está pendiente de patente y podría utilizarse en las industrias aeronáutica, automovilística y del mueble.
La tecnología de unión y la fabricación aditiva permiten que la madera sustituya a materiales menos sostenibles
Las dos nuevas técnicas de fabricación son adecuadas para sus respectivos campos de aplicación.
Como materiales de prueba se utilizaron madera de haya, roble, poliamida reforzada con fibra de carbono y sulfuro de polifenileno, acero inoxidable 316L y aleaciones de Ti-64. “Nuestra motivación es claramente la protección del medio ambiente”, afirma Sergio Amancio.
Con los nuevos procesos de fabricación, la madera, materia prima renovable, podría sustituir a los componentes fabricados con materiales que consumen mucha energía o son difíciles de reciclar.
AddJoining: la impresión 3D permite unir piezas a través de los poros de la madera
En la técnica AddJoining, un componente de polímero compuesto se fija y se imprime directamente sobre una superficie, en este caso madera, mediante un proceso de impresión 3D.
El material impreso penetra en los poros de la madera, donde se produce una reacción química similar a la del pegamento con la madera. Las uniones resultantes tuvieron un gran éxito en las pruebas de carga mecánica.
“Después de la fractura de la unión, pudimos encontrar polímero en los poros de la madera y fibras de madera rotas en el polímero, lo que sugiere que la fractura se produjo en la madera y el polímero, pero no en la unión”, explica Gean Marcatto, que trabaja en este proceso como estudiante de posdoctorado en el instituto.
Estas pruebas exitosas se realizaron en la superficie de madera sin tratar. Se podrían lograr uniones aún más duraderas introduciendo una micro o nanoestructura en la madera mediante texturizado o grabado láser, que aumenta los poros y mejora las superficies de unión.
“Pero queríamos trabajar con el menor número de pasos posible y, sobre todo, sin productos químicos”, explica Sergio Amancio, explicando la idea subyacente. “Podemos utilizar esta tecnología especialmente bien con geometrías 3D complicadas porque los componentes se imprimen directamente sobre la superficie, sea cual sea la geometría requerida”.
La unión ultrasónica garantiza una unión puntual estable
En la unión por ultrasonidos, se aplica una vibración de alta frecuencia con una amplitud reducida al componente de madera mediante un sonotrodo. En contacto con el componente base, en este caso, polímero o material compuesto de polímero, la fricción genera calor en la interfaz que funde la superficie de la pieza de polímero.
El polímero fundido se infiltra en la superficie naturalmente porosa de la madera. De esta manera, se puede lograr una unión puntual muy estable, a partir de una combinación de enclavamiento mecánico (ya que el plástico fundido se solidifica de nuevo en la madera) y fuerzas de adhesión.
«Esta técnica es especialmente adecuada para componentes grandes y estructuras 2D, ya que logramos una unión puntual localizada con precisión«, explica Awais Awan, quien dedicó su doctorado a la tecnología de unión mediante energía ultrasónica.
Estas uniones puntuales también se probaron mecánicamente con gran éxito. Las uniones también se pudieron reforzar aún más mediante un tratamiento previo de la superficie de la madera, como la texturización láser.
En el futuro, el equipo desea trabajar con socios de las industrias automovilística, aeronáutica y de muebles para perfeccionar aún más las tecnologías.
Vía www.tugraz.at
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MUY BUENO !!!