Impresión 3D de fibra continua impulsada por capilaridad: avance de investigadores de Universidad de Delaware

Nueva investigación en impresión 3D de fibra continua muestra potencial para piezas compuestas fabricadas aditivamente para una gama de industrias —incluyendo el espacio. Publicada en la revista académica Matter, investigadores del Centro de Materiales Compuestos (CCM) de la Universidad de Delaware (Newark, Delaware, EE. UU.) presentaron recientemente un método a escala de laboratorio para impresión 3D de fibra continua que incorpora robótica y un sistema de curado térmico in situ basado en capilaridad para piezas de compuestos de fibra de carbono de alta temperatura con resinas termoestables, de forma rápida.

"Lo llamamos impresión 3D en un solo paso", dice el Dr. Kun Fu, profesor asistente en la Universidad de Delaware y autor del estudio. Llamado método de impresión 3D asistido térmicamente en plano localizado (LITA), el sistema comprende un cabezal de impresión todo en uno montado en un brazo robótico que incluye fibra de carbono dispensada desde una bobina, una barra guía, una boquilla de resina líquida y un calentador eléctrico. A medida que la fibra se coloca sobre la superficie de la pieza, la resina líquida se rocía sobre las fibras y es seguida inmediatamente por el calentador, que, explica Fu, ayuda tanto en la infusión como en el curado de la pieza. Fu añade que el proceso de calentamiento reduce la viscosidad de la resina a temperatura ambiente, ayudándola a infusionarse en las fibras sin necesidad de vacío a lo largo de capilares, o huecos en forma de tubo, entre las fibras. Dependiendo de las necesidades y tamaño de la pieza que se fabrica, Fu dice que la temperatura del calentador puede aumentarse o reducirse para controlar la viscosidad de la resina.

Capacidades y flexibilidad

Este método permite reportedly un humectado y curado casi simultáneos de fibras continuas con resinas termoestables, con potencial para producir rápidamente componentes compuestos 3D con geometrías complejas y las altas propiedades mecánicas que provienen de fibras continuas y termoestables de alta temperatura. Los investigadores también han demostrado que el sistema puede usarse para impresión horizontal y vertical, dice Fu, y en superficies planas o curvas, lo que añade flexibilidad al sistema.

"La técnica ha sido muy prometedora hasta ahora", dice Fu, "y hasta donde sabemos, somos los primeros en publicar una técnica como esta". Según Fu, los investigadores están en proceso de obtener una patente para la tecnología.

Aplicación espacial y escalado

Además, la Universidad de Delaware y su socio KAI (Dallas, Texas, EE. UU.) recibieron recientemente una subvención de la NASA para usar el método de impresión 3D LITA en la fabricación de componentes compuestos reforzados con fibra de carbono continua para sistemas de protección térmica en naves espaciales y módulos de aterrizaje de la NASA. Fu dice que el sistema de impresión 3D LITA fue elegido por su capacidad para imprimir con resinas de alta temperatura.

Actualmente, la tecnología solo se ha demostrado a pequeña escala —se usaron fibras de carbono 3K para el estudio— pero Fu dice que el equipo está trabajando para escalar el sistema robótico para permitir el uso de mechas de fibra de carbono más anchas para componentes mayores. Los investigadores buscan actualmente empresas interesadas en colaborar en el escalado y posterior comercialización de la tecnología.

Para acceder al artículo de Matter, vaya a www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520301818.