Impresión 3D y 4D de nanocomposites

• A. Cortés ^[1] ; M. Campo ^[1] ; A. Jiménez-Suárez ^[1] ; S. G. Prolongo ^[1]
  1. [1] Universidad Rey Juan Carlos

     Universidad Rey Juan Carlos

     Madrid, España

     
• Localización: Revista de plásticos modernos: Ciencia y tecnología de polímeros, ISSN 0034-8708, Vol. 121, Nº. 766, 2021 (Ejemplar dedicado a: Composites)
• Idioma: español
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• Resumen
  • español

    La fabricación aditiva (AM) ha ganado un gran interés tanto a nivel de investigación como en el sector industrial. Además, los nuevos avances industriales exigen, cada vez más, el desarrollo de nuevos materiales multifuncionales, es decir, materiales con buen comportamiento estructural junto con otras diversas funcionalidades. Por ello, este trabajo se centra en el estudio del procesado de materiales multifuncionales por técnicas de impresión 3D basadas en el procesamiento de luz digital (DLP) y en la inyección de tinta (Direct Write) para fabricar piezas y circuitos de nanocomposites poliméricos. La tinta de los circuitos y los nanocomposites se han fabricado con resinas fotocurables dopadas con diferentes tipos y contenidos de nanopartículas, cerámicas y grafíticas. El procesado de la dispersión, así como la propia técnica de impresión 3D han sido optimizados para llegar a obtener materiales y circuitos con propiedades óptimas en función de su aplicación.

    Mediante impresión de tintas, se han fabricado circuitos impresos sobre sustratos, para su uso en aplicaciones que requieren un sistema eléctricamente conductor y/o con capacidades de calentamiento, tales como circuitos electrónicos, circuitos calefactores y sistemas anti-hielo y des-hielo (ADIS) gracias al calentamiento termorresistivo por efecto Joule. Por otro lado, también se han desarrollado sensores de deformación, basados en la capacidad de monitorización de la salud estructural (SHM) de los nanocomposites dopados con nanorrefuerzos conductores. Por otro lado, han podido ser procesadas mediante DLP piezas tridimensionales con diseños complejos usando resinas de curado UV dopadas con nanopartículas con capacidad de sensorización.

    Los resultados de este estudio han demostrado una alta eficiencia en todas las aplicaciones analizadas. En particular, los circuitos impresos calefactores alcanzan temperaturas muy superiores a la luneta térmica de un vehículo comercializado en las mismas condiciones y en un menor tiempo. Por otro lado, los nanocomposites fabricados por DLP muestran una elevada sensibilidad eléctrica como sensores de deformación en solicitaciones a tracción y flexión, cercana a las aportadas por galgas metálicas comerciales

  • English

    Additive manufacturing (AM) has gained significant research interest in the industrial and scientific sector. However, the industry requires the development of new multifunctional materials, i.e. materials with good structural behavior and various functionalities at the same time. Therefore, this work focuses on the study of the processing of multifunctional materials by 3D printing techniques based on digital light processing (DLP) and Direct Write to manufacture circuits and objects based on polymeric matrix nanocomposites. The ink of the circuits and nanocomposite materials have been manufactured with a mixture of photocurable resin with different types and contents of nanoparticles (CNTs, GNPs, BN, etc.). Nanoparticle concentrations, their mixtures, and parameters of the 3D printing technique have been optimized to develop materials and circuits with optimal properties depending on their application. Inks have been used to develop circuits to be used in applications requiring an electrically conductive system and/or with self-heating capabilities such as electronic circuits, heated rear windows, and anti-icing and de-icing systems (ADIS). In the case of materials manufactured by DLP printing, materials have been developed with UV cured resins doped with nanoparticles for application in injection molds with high thermal conductivity and with carbon nanotubes for self-sensing materials for structural health monitoring (SHM) purposes and shape memory applications. The results of this study have demonstrated high circuit efficiency, with mixtures of CNT and GNP, such as an anti-icing and de-icing system. The maximum temperature reached for 3D printed nanocomposite circuits was higher than that reached by the thermal rear window of a commercialized vehicle. In nanocomposites manufactured by DLP, with content up to 0.15 % wt, the results obtained for tensile and bending tests show an electrical sensitivity close to the typical values of metal gauges, demonstrating great potential for SHM applications