Una fórmula de impresión en 3D podría transformar el futuro de la espuma
Desde los cojines de los asientos hasta los colchones o los aislantes, la espuma está en todas partes, aunque no siempre la veamos. Ahora, investigadores de la Universidad de Texas en Dallas han fusionado la química con la tecnología para crear una espuma impresa en 3D más duradera y reciclable que la espuma de polímero que se encuentra en muchos productos cotidianos.
Investigadores de la Universidad de Texas en Dallas han fusionado la química con la tecnología para crear una espuma impresa en 3D más duradera y reciclable que la espuma de polímero que se encuentra en muchos productos cotidianos. La investigación, que aparece en la edición impresa del 1 de marzo de RSC Applied Polymers, se centró en crear una espuma resistente pero ligera que pudiera imprimirse en 3D.
University of Texas at Dallas
La investigación, que aparece en la edición impresa del 1 de marzo de RSC Applied Polymers, una revista de la Royal Society of Chemistry, se centró en la creación de una espuma resistente pero ligera que pudiera imprimirse en 3D, un método aún poco explorado en la fabricación comercial, explicó la coautora del estudio, la estudiante de doctorado de la UT de Dallas Rebecca Johnson BS'20.
"Este es probablemente el proyecto más largo que he hecho nunca", dijo Johnson, que planea completar su doctorado en química en mayo. "De principio a fin, fueron algo más de dos años. Gran parte fue intentar que la formulación del polímero fuera la correcta para que fuera compatible con la impresora 3D".
Aunque fabricar nuevos materiales compatibles con la tecnología 3D es todo un reto, afirma Johnson, el proceso de impresión en 3D permitió a los investigadores crear formas complejas que podrían personalizarse en aplicaciones de fabricación. Para demostrar la prueba de concepto, fabricaron espuma con forma de perro de globo.
"El objetivo del proyecto era abordar algunas limitaciones de la impresión 3D en términos de fabricación de espuma de polímero", dijo el Dr. Ron Smaldone, profesor asociado de química y bioquímica en la Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas y autor correspondiente del estudio. "Uno de los principales usos, o intereses, de las espumas imprimibles en 3D es el aislamiento y la absorción de impactos".
Con más investigación y experimentación, dijo Smaldone, este tipo de espuma y proceso podría utilizarse para artículos de alta absorción de impactos, como cascos de motocicleta o de fútbol, parachoques de coches o blindajes. También señaló que la impresión 3D permite crear estructuras más complejas, como celosías finas, que pueden aumentar la flexibilidad física del material y ofrecer más versatilidad para las aplicaciones.
Los investigadores también estudiaron cómo fabricar un material que pudiera imprimirse en 3D para obtener un producto final consistente y sin muchos defectos. La mayor parte de la espuma comercial es termoestable, lo que significa que sufre una reacción química durante el moldeo que fija permanentemente su estructura en su lugar, impidiendo que se le vuelva a dar forma, se funda o se disuelva. Como consecuencia, la mayoría de las espumas poliméricas no pueden reciclarse y acaban en los vertederos, explica Smaldone.
Los investigadores de la Universidad de Texas en Dallas desarrollaron su espuma duradera utilizando enlaces reversibles especiales, denominados química covalente dinámica. Aunque la espuma no puede fundirse por completo y volver a moldearse como el plástico, estos enlaces permiten que el material se repare a sí mismo cuando se daña, haciéndolo más versátil y duradero.
"No somos los únicos que intentan hacer esto", afirma Smaldone. "La novedad es utilizar la química dinámica para imprimir un material de espuma realmente magnífico". La siguiente cuestión será cómo ajustar las propiedades y utilizar este nuevo tipo de conocimiento para satisfacer distintas necesidades".
Johnson y el otro coautor principal del estudio, el estudiante de doctorado en química Ariel Tolfree BS'23, desarrollaron sus ideas tras estudiar investigaciones similares en este campo. Tolfree, que considera a Johnson su mentor, planea ampliar la investigación estudiando cómo hacer que la espuma sea más reciclable y explorando el potencial de sostenibilidad de la espuma.
Tolfree afirma que la creación de un perro globo de espuma como uno de los objetos de prueba del grupo fue una elección natural.
"Es una forma sencilla, pero representa a la perfección nuestras espumas", afirma Tolfree. "Un globo parece ordinario hasta que se transforma en algo nuevo, casi desafiando las expectativas. Nuestras espumas son iguales: discretas al principio, pero una vez expandidas y transformadas, se convierten en algo extraordinario".
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Publicación original
Rebecca M. Johnson, Ariel R. Tolfree, Gustavo Felicio Perruci, Lyndsay C. Ayers, Niyati Arora, Emma E. Liu, Vijayalakshmi Ganesh, Hongbing Lu, Ronald A. Smaldone; "3D printable polymer foams with tunable expansion and mechanical properties enabled by catalyst-free dynamic covalent chemistry"; RSC Applied Polymers, Volume 3, 2025
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