Plásticos potenciados
Los sensores y las órtesis son posibles campos de aplicación
Hasta ahora no era posible fabricar de forma aditiva sensores y otros dispositivos electrónicos en una sola operación. Sin embargo, un equipo de investigación del Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación y Automatización IPA lo ha conseguido. ¿La clave de este logro? Los plásticos conductores.
Medición de la resistencia en un elastómero termoplástico con partículas de negro de humo: Cuanto más baja sea la resistencia, más aplicaciones potenciales habrá.
Stefan Pfeffer, Fraunhofer IPA
En el proyecto de investigación "Integración funcional electrónica en componentes de fabricación aditiva", los investigadores del Centro de Tecnologías de Fabricación Aditiva del Fraunhofer IPA han logrado utilizar una impresora 3D para producir sensores de proximidad inductivos con cualquier forma, aunque el proceso de impresión tuvo que interrumpirse repetidamente para colocar las pistas conductoras en la carcasa.
En consecuencia, en la segunda fase del proyecto, el equipo de investigación de Stefan Pfeffer se asoció con el fabricante de maquinaria de procesamiento de plásticos Arburg para investigar qué plásticos conductores podrían utilizarse en lugar de plata o cobre. Para ello, los investigadores experimentaron con varios elastómeros termoplásticos (TPE). Se trata de plásticos flexibles que se pueden procesar cuando se calientan. Los TPE son conductores si, por ejemplo, contienen una cantidad suficiente de partículas de negro de humo. En primer lugar, el equipo de investigación buscó el TPE con la menor resistencia eléctrica, ya que cuanto menor sea la resistencia, mayor será el número de aplicaciones potenciales.
Pruebas de resistencia de elastómeros termoplásticos
A continuación, Pfeffer y su equipo sometieron el material seleccionado a una amplia serie de pruebas de materiales: Lo expusieron al calor y al frío para comprobar cómo cambiaba la resistencia eléctrica. Hicieron pasar corriente a través de él a voltajes cada vez más altos hasta que las vías conductoras se quemaron. Estiraron el TPE para averiguar hasta qué punto volvía a su forma original y cómo disminuía gradualmente la conductividad bajo tensión. Envejecieron artificialmente el material para ver cómo afectaba a la conductividad y lo expusieron a la intemperie en un tejado plano durante un año para averiguar cómo se envejece el TPE y cómo cambian sus propiedades durante este proceso.
La investigación también se centró en la cuestión de qué ajustes hay que hacer en el "freeformer", el sistema industrial de fabricación de aditivos de Arburg, para minimizar la resistencia eléctrica del material y comprobar si la orientación de la impresión (horizontal o vertical) afecta a la conductividad de los componentes impresos.
Los sensores y las órtesis son posibles campos de aplicación
Para cumplir su propósito, el TPE conductor debe estar incrustado en otro termoplástico con propiedades aislantes durante la impresión. El quid de la cuestión es que los dos plásticos tienen que unirse -lo ideal es que no sea posible separarlos después- pero tampoco deben mancharse durante el proceso de impresión. De lo contrario, si no hay una clara separación entre los materiales conductores y los aislantes, existe la posibilidad real de provocar un cortocircuito. El equipo de investigación de Pfeffer también resolvió la cuestión de cómo se pueden instalar mejor los componentes electrónicos, como los LED, las resistencias o los microcontroladores, para permitir el contacto con la pista conductora de TPE impresa.
"Las pistas conductoras hechas de TPE con base de negro de humo son baratas de producir", dice Pfeffer, "pero no podrán sustituir a las pistas conductoras soldadas debido a su menor conductividad general". A pesar de ello, todavía hay una serie de áreas de aplicación interesantes. Por ejemplo, los sensores capacitivos, como los interruptores táctiles o los medidores de nivel, son opciones potenciales, mientras que las esteras térmicas o las órtesis que liberan calor en determinados puntos del cuerpo para favorecer la curación ofrecen otras posibilidades. "También se podrían equipar las ventosas de los robots con pistas conductoras de TPE para controlar el desgaste del material. Cuanto mayor sea la resistencia, más desgastada estará la ventosa".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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