Impresión tridimensional de estructuras jerárquicas de cristales líquidos y polímeros

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química de los polímeros
• Fabricación aditiva

Sus antecedentes:

• Los polímeros reforzados con fibra ofrecen una alta rigidez y resistencia para aplicaciones exigentes como los implantes aeroespaciales y biomédicos.
• Las limitaciones actuales incluyen fabricación intensiva en energía, fractura frágil y dificultades para dar forma y reciclar.
• Los materiales biológicos logran propiedades notables a través del autoensamblaje jerárquico y la integración circular.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un enfoque de impresión 3D para crear estructuras ligeras y reciclables con arquitecturas jerárquicas y geometrías complejas.
• Para lograr una rigidez y dureza sin precedentes en polímeros impresos en 3D mediante el control de la orientación molecular.
• Para cerrar la brecha entre la libertad de fabricación de arriba hacia abajo y el control molecular de abajo hacia arriba.

Principales métodos:

• Utilizando una técnica de impresión tridimensional (3D) con materia prima de polímero de cristal líquido (LCP).
• Controlar el autoensamblaje de las moléculas de LCP en dominios altamente orientados durante la extrusión de fusión.
• Alinear los dominios moleculares a lo largo de la trayectoria de impresión para reforzar la estructura del polímero en función de los requisitos de tensión mecánica.

Principales resultados:

• Demostró la creación de estructuras ligeras reciclables con arquitecturas jerárquicas y geometrías complejas.
• Logró rigidez, fuerza y dureza que superan a los polímeros impresos en 3D actuales por un orden de magnitud.
• Las propiedades obtenidas son comparables a las de los compuestos ligeros de alto rendimiento.

Conclusiones:

• El método de impresión 3D desarrollado permite la fabricación de estructuras poliméricas avanzadas con propiedades mecánicas superiores.
• El autoensamblaje de polímeros de cristal líquido ofrece una vía para diseñar y realizar materiales complejos y de alto rendimiento.
• Este enfoque supera las limitaciones de la fabricación tradicional, lo que permite una mayor libertad de diseño y reciclabilidad de los materiales.