Los científicos utilizan la tecnología de impresión 3D para desarrollar PEEK autodetectable

Un equipo de ingenieros dirigido por la Universidad de Glasgow utilizó la tecnología de impresión 3D para agregar nuevas propiedades a un plástico llamado polieteretercetona o PEEK. Este nuevo plástico ligero y resistente a los impactos" panal" la estructura puede detectar cuándo está dañada y se puede utilizar en el nuevo" smart" prótesis e implantes médicos.

Convierta materiales no conductores en materiales conductores

Las propiedades mecánicas de PEEK &, la alta temperatura y la resistencia química lo hacen adecuado para una amplia gama de aplicaciones en los campos aeroespacial, automotriz y de petróleo y gas. El equipo agregó fibras de carbono de tamaño micro a su estructura de PEEK en forma de panal, lo que permite que este material normalmente no conductor lleve cargas eléctricas a lo largo de su estructura.

Querían estudiar si el daño al material compuesto conductor de PEEK en forma de panal afectaría su resistencia eléctrica. Si es así, puede darle al nuevo material la capacidad de&"percibirse a sí mismo &"; por ejemplo, permitir que un implante de cadera informe cuando su conductividad ha cambiado, lo que indica que se ha desgastado y debe ser reemplazado.

Diferentes combinaciones de panal

Para probar la capacidad de autodetección de su diseño, utilizaron la impresión 3D para crear tres estructuras de panal diferentes: estructura hexagonal, estructura quiral en forma de cruz y diseño plegable de seis lados con material PEEK de fibra de carbono y materiales tradicionales.

Luego, colocaron la estructura celular bajo dos tipos de cargas para comparar sus respectivas capacidades de absorción de energía. En la prueba de compresión, se aplica una presión constante antes de que la estructura colapse. Cada diseño de PEEK de fibra de carbono supera a sus homólogos de PEEK tradicionales, que pueden soportar presiones más altas.

Sin embargo, en la prueba de impacto, cuando un objeto pesado cae sobre la estructura desde una altura, las tres estructuras de PEEK de fibra de carbono muestran una mayor resistencia al daño. La estructura de panal hexagonal de fibra de carbono PEEK tiene la mejor respuesta y puede soportar un impacto mayor que cualquier otro.

En la prueba de aplastamiento, los investigadores también midieron la resistencia de la estructura alveolar de PEEK de fibra de carbono a las cargas eléctricas cuando se tensaron tres estructuras diferentes. El cambio en la resistencia a la deformación aplicada, una medida de la progresión del daño conocida como sensibilidad piezorresistiva, disminuye a medida que aumenta la deformación por compresión. Cuando la estructura está completamente aplastada, la resistencia se pierde casi por completo. Los diferentes factores de especificación observados para diferentes configuraciones están relacionados con la tasa de crecimiento del daño relacionado con su capacidad para absorber energía, lo que indica que las propiedades piezorresistivas de la fibra de carbono PEEK pueden ayudar a crear una nueva generación de estructuras multifuncionales ligeras e inteligentes.

Aplicaciones futuras en muchas industrias

Los investigadores dicen que las propiedades únicas de PEEK lo hacen invaluable para muchos sectores industriales, y esperamos que la estructura del panal de PEEK de ingeniería de fibra de carbono que podemos construir mediante la impresión 3D abra más posibilidades.

La impresión 3D nos permite controlar en gran medida el diseño y la densidad de la estructura alveolar. En comparación con las aleaciones de metales sólidos que se utilizan tradicionalmente para implantes médicos como los reemplazos de cadera o rodilla, esto puede permitirnos crear materiales más cercanos a la fisiología de los huesos naturales, lo que puede hacerlos más cómodos y efectivos.