Ingenieros de Glasgow Desarrollan Compuesto 3D Impreso Ultra‑Ligero y Alto Impacto para Automoción y Aeroespacial

Ingenieros de la Universidad de Glasgow han sido pioneros en un compuesto impreso en 3D que mezcla resinas poliolefínicas con nanotubos de carbono de pared múltiple, entregando un material que es a la vez más ligero y más tenaz que el aluminio convencional. En su artículo reciente, "Comportamiento al Impacto de Meta‑materiales de Placas‑Reticuladas Nano‑ingenieradas e Impresas en 3D", publicado en *Materials & Design*, el equipo detalla un novedoso metamaterial de placa‑red que exhibe una resistencia al impacto excepcional.

Meta‑materiales y placas‑reticuladas

Los meta‑materiales son sólidos celulares ingenierados para exhibir propiedades ausentes en la naturaleza. Las placas‑reticuladas, un subconjunto de estos, son marcos cúbicos de placas intersectadas que logran notable rigidez y resistencia manteniendo alta porosidad, lo que a su vez las mantiene ligeras.

El equipo exploró si geometrías de placa‑red fabricadas con su novedoso compuesto plástico‑nanotubo podían superar materiales existentes en rigidez, resistencia y tenacidad. Usando el filamento compuesto como materia prima de impresión 3D, imprimieron múltiples configuraciones de retícula y sometieron cada una a pruebas de impacto por caída —lanzando un peso de 16,7 kg desde varias alturas— para evaluar resiliencia al choque.

Variantes y híbridos evaluados

Inicialmente, los investigadores fabricaron tres variantes canónicas de placa‑red: una unidad cúbica básica con tres placas intersectadas; un cubo más intrincado con intersecciones de placas adicionales; y un diseño multifacético. Cada variante se produjo en dos series de material —polipropileno (PP) y polietileno (PE).

Posteriormente, evaluaron tres placas‑reticuladas híbridas que fusionaban atributos de los diseños iniciales: un híbrido cubo‑simple/cubo‑complejo, un híbrido cubo‑simple/multifacético, y un híbrido compuesto que integraba los tres elementos. Estos híbridos también se fabricaron en PP y PE.

Resultados: absorción de energía específica líder

El híbrido todo‑en‑uno demostró la mayor absorción de impacto, particularmente la variante de PP. Cuando se evaluó por absorción de energía específica —métrica de energía absorbida por unidad de masa— el híbrido PP sostuvo 19,9 J g⁻¹, superando meta‑materiales micro‑arquitectados comparables basados en aluminio.

El Dr. Shanmugam Kumar, líder del grupo de Compuestos y Fabricación Aditiva en la Escuela de Ingeniería James Watt de la Universidad de Glasgow, encabezó el estudio. El proyecto también reclutó ingenieros mecánicos y químicos de la Universidad Khalifa en Abu Dhabi y Texas A&M University en College Station, EE. UU.

Kumar explicó: "Esta investigación se sitúa en la encrucijada de la mecánica y la ciencia de materiales. Al balancear nuestra materia prima de filamento nano‑ingenierado con diseños de retícula híbridos sofisticados, hemos logrado rendimiento sin precedentes de rigidez, resistencia y absorción de energía. Avances en impresión 3D ahora permiten fabricación rentable de geometrías tan intrincadas y altamente porosas, acercando la producción a escala industrial."

Kumar destacó la fabricación automotriz como caso de uso clave, notando que la búsqueda incansable de carrocerías de vehículos más ligeras demanda materiales que no comprometan la seguridad en choque. "Mientras el aluminio se usa ampliamente, nuestra placa‑red entrega resistencia al impacto superior, convirtiéndola en candidata prometedora para futuras estructuras automotrices. Además, la reciclabilidad de los plásticos involucrados se alinea con el cambio global hacia cero neto y economías circulares", añadió.