3 razones por las que los compuestos de alta tecnología están reemplazando a los materiales tradicionales

Numerosos avances basados ​​en la ciencia y la ingeniería han llevado a la conclusión de que las propiedades de los materiales compuestos suelen ser superiores a las opciones más tradicionales. Estas son algunas de las ventajas que los hacen tan prometedores.

1. Mejora de la sostenibilidad

El enfoque global está en asuntos urgentes como el cambio climático y la producción excesiva de desechos. Las personas están cada vez más preocupadas por desarrollar materiales sostenibles para reemplazar aquellos que probablemente se desecharán con mayor frecuencia. Muchos materiales compuestos ecológicos pueden satisfacer la necesidad.

Componentes de fibra de carbono reparables para prolongar la vida útil

Los compuestos de fibra de carbono son alternativas populares para reemplazar los metales convencionales utilizados para todo, desde piezas de aviones hasta palos de golf. Sin embargo, la mayoría de ellos son prácticamente imposibles de reparar o reciclar una vez que se rompen.

Un nuevo avance de los investigadores de la Universidad de Washington podría superar ese inconveniente. El equipo creó un nuevo material tan ligero y resistente como los compuestos de fibra de carbono convencionales, pero fácil de reparar si se agrieta. Las personas pueden reparar repetidamente el daño de forma tradicional o con calefacción basada en radiofrecuencia.

El material se encuentra dentro de una categoría relativamente nueva llamada vitrímeros reforzados con fibra de carbono (vCFRP). Otros tipos de compuestos de fibra de carbono se dividen en dos grupos principales. El primer tipo contiene epoxi, que le da una dureza permanente. Los de la segunda categoría cuentan con un pegamento más suave que permite romper el material para volver a trabajar, aunque a expensas de una resistencia y rigidez reducidas. Sin embargo, los vCFRP permiten vincular, desvincular y volver a vincular sin tales compromisos.

Componente de fibra de carbono para reducir las emisiones en el interior de un automóvil

En otro caso de sustentabilidad mejorada a partir de los avances en compuestos de fibra de carbono, una empresa suiza reemplazó nueve componentes interiores de vehículos que normalmente se usan en deportes de motor con un material compuesto más sustentable hecho de fibra natural. Esto provocó una reducción del 94 % en las emisiones de materiales y redujo las emisiones de la cuna a la puerta en un 90 %.

Otra ventaja de los materiales compuestos es que pueden superar sus propiedades originales, como la madera recuperada tratada para resistir el calor. Eso significa que las personas pueden sorprenderse a medida que aprenden más sobre cómo los compuestos pueden cambiar las características de los materiales comunes que creían conocer bien.

Estos son algunos de los muchos ejemplos de cómo estos materiales compuestos futuristas podrían contribuir al esfuerzo mundial por mejorar la sostenibilidad. Los líderes empresariales podrían incluso usarlos como puntos de venta para mostrar que la sostenibilidad ambiental se extiende a lo largo de las operaciones de la empresa. Por ejemplo, los fabricantes de aerogeneradores que los utilizan priorizan la resiliencia prolongada sobre el envío prematuro de elementos a los vertederos.

2. Mejora de procesos esenciales

Las personas que trabajan con materiales compuestos a menudo investigan cómo podrían ayudar a los usuarios a mejorar sus procesos. Por ejemplo, los tornillos compuestos son opciones comunes para ensamblar cubiertas porque suelen ser más densos que las versiones tradicionales de madera. También tienen hilos más finos y cabezas comparativamente más pequeñas, lo que los hace más fáciles de colocar en la plataforma.

Mejorar los tornillos puede ahorrar costos de mano de obra y aumentar las posibilidades de obtener excelentes resultados, y este es solo un ejemplo. Las formas de fortalecer un proceso existente podrían hacerse evidentes en prácticamente cualquier etapa, desde el diseño de un producto hasta someterlo a controles de calidad.

Los robots ayudan con la producción de aspas de ventilador compuestas

Gran parte del trabajo en curso asociado con los materiales compuestos se refiere a enfoques futuristas, como la aplicación de la robótica y el aprendizaje automático a los esfuerzos de desarrollo.

Por ejemplo, Rolls-Royce tiene una nueva instalación dedicada al desarrollo de nuevos materiales compuestos. Uno de los enfoques allí se refiere al uso de robots para ayudar a fabricar aspas de ventilador compuestas que se usan en motores a reacción.

El material compuesto de fibra de carbono se coloca en capas sobre un molde de carcasa de ventilador

Cada componente tiene aproximadamente 500 capas de material de fibra de carbono, cada una aplicada en un proceso totalmente automatizado supervisado por trabajadores de la fábrica. Los robots levantan y mueven las piezas entre las estaciones de la línea de ensamblaje, lo que garantiza una operación eficiente y sin problemas.

El aprendizaje automático podría mejorar las pruebas compuestas

Los investigadores también esperan utilizar el aprendizaje automático para avanzar con los métodos que generalmente se aplican para probar los materiales compuestos en busca de fallas. Los métodos tradicionales más populares son las pruebas basadas en rayos X y ultrasonido. Sin embargo, ambos tienen sus desventajas, lo que anima a los investigadores a abordar las limitaciones.

Russell Varley es profesor de materiales compuestos en Carbon Nexus, un centro de investigación de fabricación en Australia. Dijo:"Comprender y desarrollar métodos de análisis de próxima generación para pruebas no destructivas de productos compuestos tiene un gran potencial para transformar la industria".

Una organización otorgó una subvención de investigación para este proyecto para ver si el aprendizaje automático podría abordar algunos problemas conocidos de pruebas compuestas. Por ejemplo, el uso de métodos basados ​​en rayos X es costoso en inversiones operativas y de capital.

Estos estudios de caso no implican que las personas hayan dejado de intentar mejorar los procesos asociados con los materiales tradicionales. Sin embargo, un gran interés continuo en los compuestos por parte de especialistas en materiales de todo el mundo hace que gran parte de la investigación se centre en opciones más nuevas hechas de al menos dos materiales constituyentes.

Los compuestos de alta tecnología cambian de color para mostrar defectos

Los dos ejemplos anteriores en esta sección destacan cómo los materiales compuestos a menudo se alinean con los esfuerzos para adoptar la Industria 4.0. Sin embargo, también hay un trabajo fascinante en hacer que los propios materiales aceleren los procesos de fábrica.

Los investigadores desarrollaron un laminado compuesto que cambia de color en respuesta a la deformación. Creen que esto permitirá detectar problemas en etapas más tempranas y alertar a las personas sobre posibles fallas materiales. La gente hasta ahora solo ha usado el material en el laboratorio. Sin embargo, si funciona tan bien como los desarrolladores esperan, la innovación podría mejorar los procesos de muchas maneras.

Por ejemplo, podría evitar que los trabajadores fabriquen piezas compuestas con debilidades internas y minimizar futuros retiros. El equipo también informó que su nuevo material, compuesto por capas, es resistente a las roturas y liviano. Dado que se encuentran entre las propiedades más deseables de los compuestos, esta invención podría tener amplias aplicaciones y atractivo.

3. Promoción de mejoras basadas en materiales

Otra de las ventajas de los materiales compuestos es que permiten a los ingenieros y científicos desarrollar nuevas opciones que satisfagan necesidades que las opciones convencionales no abordan. La gente siempre está buscando formas factibles de mejorar los productos. Los compuestos a menudo muestran el camino a seguir.

Nuevo material compuesto fabricado a partir de telas no tejidas

Las telas no tejidas son aquellas derivadas de la unión de fibras que no requieren tejedura o tejido. Los investigadores crearon recientemente un nuevo material compuesto que entra en esta categoría. Creen que su innovación podría ser ideal para productos médicos, como vendas y mascarillas.

Crear un material que pueda estar en contacto con la piel de las personas durante horas seguidas o más requiere pensar detenidamente en las propiedades deseadas de los materiales compuestos. En este caso, el equipo quería transpirabilidad y absorción de agua. También querían incluir algodón para mayor comodidad.

Las pruebas mostraron que la nueva tela era más absorbente que las opciones tradicionales. También se desempeñó bien en las pruebas de estiramiento y recuperación, lo que sugiere que el material resistiría bien el uso repetido. El equipo reconoció que aunque otras opciones tienen buena transpirabilidad y capacidad de estiramiento, la elección de agregar algodón debería proporcionar otro beneficio notable.

El material de alta tecnología podría limitar las molestias de las pantallas rotas de los teléfonos

Dado que las pantallas son partes tan necesarias de los teléfonos inteligentes de hoy en día, muchas personas se esfuerzan mucho para protegerlas. Por ejemplo, incluso cuando los fabricantes instalan vidrio ultrarresistente, muchos propietarios de teléfonos inteligentes también agregan protectores de pantalla o insertan sus dispositivos en estuches especiales para mayor tranquilidad. Sin embargo, una innovación relacionada con el vidrio compuesto podría reducir la necesidad de esos pasos adicionales.

El proyecto de un equipo de investigación internacional dio como resultado un compuesto de vidrio que podría minimizar la rotura de la pantalla y además proporcionar una pantalla más brillante. Los materiales se basan en perovskitas de haluro de plomo, que funcionan como paneles solares en miniatura porque captan y almacenan energía. El enfoque básico es envolver nanocristales en un vidrio poroso.

Ese método debería mejorar las tecnologías actuales de nanocristales utilizadas para las pantallas de los dispositivos. El grupo que trabaja en este proyecto advirtió que, si bien creen que sus técnicas son escalables, aún queda mucho trabajo por hacer. Necesitan descubrir las mejores formas de crear materiales con las propiedades deseadas.

Los materiales de alta tecnología son muy prometedores

Estas son solo algunas de las muchas ventajas de los materiales compuestos que hacen que la gente se entusiasme con lo que depara el futuro. Los materiales tradicionales todavía tienen un lugar en numerosos casos, pero estos ejemplos muestran los beneficios de trabajar con compuestos para generar resultados específicos.