El nuevo gel metálico añade una cuarta dimensión a la impresión 3D

Complete el formulario a continuación y le enviaremos por correo electrónico una versión en PDF de "El nuevo gel metálico agrega una cuarta dimensión a la impresión 3D"

Complete el siguiente formulario para desbloquear el acceso a TODOS los artículos de audio.

Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado un nuevo gel metálico conductor de electricidad que se puede utilizar con impresoras 3D de calidad comercial. Además de conducir electricidad, el novedoso material de impresión también reacciona al calor mientras se seca, lo que significa que puede imprimir en una cuarta dimensión: el tiempo. En la revista Matter se ha publicado un artículo que detalla el uso de este gel conductor en la impresión 3D y 4D.

La impresión 3D ha abierto un mundo completamente nuevo de posibilidades. Es más fácil que nunca para los diseñadores generar y probar prototipos de sus productos, para los artistas crear moldes personalizados y para los educadores construir modelos y dioramas para sus audiencias.

Pero la impresión 3D, al menos con las máquinas simples disponibles para uso doméstico, se ha limitado en gran medida al plástico. Los metales se pueden imprimir en 3D, pero el proceso es mucho más complicado. Ahora, los investigadores han desarrollado un nuevo gel metálico que es compatible con las boquillas de impresión convencionales a temperatura ambiente.

"La impresión 3D ha revolucionado la fabricación, pero no conocemos tecnologías anteriores que permitieran imprimir objetos metálicos en 3D a temperatura ambiente en un solo paso", dice Michael Dickey, coautor del artículo y de Camille y Henry Dreyfus. Profesor de Ingeniería Química y Biomolecular en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. "Esto abre la puerta a la fabricación de una amplia gama de componentes y dispositivos electrónicos".

Suscríbase al boletín diario de Technology Networks, que ofrece noticias científicas de última hora directamente en su bandeja de entrada todos los días.

La creación del gel comienza con una solución de partículas de cobre a escala micrométrica suspendidas en agua. Después de agregar una pequeña cantidad de aleación de metal líquido indio-galio y mezclar bien, las partículas de metal líquido y cobre comienzan a pegarse de tal manera que forman una “red” de gel metálico dentro de la solución acuosa.

"Esta consistencia similar a un gel es importante porque significa que hay una distribución bastante uniforme de partículas de cobre en todo el material", dice Dickey. “Esto hace dos cosas. Primero, significa que la red de partículas se conecta para formar vías eléctricas. Y en segundo lugar, significa que las partículas de cobre no se depositan en la solución y obstruyen la impresora”.

Debido a su diseño de partículas metálicas en suspensión, el nuevo gel también tiene algunas propiedades interesantes que pueden explotarse para imprimir estructuras más novedosas.

Como informan los investigadores en su nuevo artículo, aplicar calor a un objeto impreso en gel mientras se seca crea una cantidad significativa de tensión dentro del material. La tensión causada por esta evaporación acelerada del agua es lo suficientemente grande como para causar cambios adicionales en la forma con el tiempo, introduciendo efectivamente el tiempo como una cuarta dimensión en el proceso de impresión.

"En última instancia, este tipo de impresión en cuatro dimensiones (las tradicionales tres dimensiones, más tiempo) es una herramienta más que se puede utilizar para crear estructuras con las dimensiones deseadas", afirma Dickey. "Pero lo que nos parece más interesante de este material es su conductividad".

“Debido a que los objetos impresos terminan siendo hasta un 97,5% de metal, son altamente conductores. Obviamente no es tan conductor como el alambre de cobre convencional, pero es imposible imprimir alambre de cobre en 3D a temperatura ambiente. Y lo que hemos desarrollado es mucho más conductor que cualquier otra cosa que pueda imprimirse. Estamos muy entusiasmados con las aplicaciones aquí”.

Para demostrarlo, los investigadores utilizaron su gel metálico para imprimir una “araña conductora”. Impresa en una superficie plana, los investigadores vieron que la araña comenzaba lentamente a levantarse y ensamblarse mientras se secaba bajo calor. La estructura resultante conservó su conductividad y pudo iluminar dos “ojos” LED cuando se conectó a una batería de 6 voltios.

"Estamos abiertos a trabajar con socios de la industria para explorar aplicaciones potenciales y siempre estamos felices de hablar con posibles colaboradores sobre futuras direcciones de investigación", añade Dickey.

Referencia: Xing R, Yang J, et al. Geles metálicos para impresión 3D y 4D conductiva. Asunto. 2023. doi: 10.1016/j.matt.2023.06.015

Este artículo es una revisión de un comunicado de prensa emitido por la Universidad Estatal de Carolina del Norte. El material ha sido editado en cuanto a extensión y contenido.