NAMRI/SME celebra avances en investigación de fabricación en la 45ª Conferencia Anual NAMRC

Académicos de fabricación fueron honrados por su servicio, contribuciones e investigación destacada en fabricación durante la Conferencia Anual de Investigación de Fabricación de Norteamérica (NAMRC), organizada por la Institución de Investigación de Fabricación de Norteamérica de SME (NAMRI/SME). El 45º evento anual de este año fue organizado por la Universidad del Sur de California en Los Ángeles.

Durante la ceremonia anual de premios, se entregaron 21 premios a investigadores, estudiantes y profesionales de la industria. NAMRC es el foro internacional principal para investigación aplicada y aplicaciones industriales en fabricación y diseño. NAMRI/SME reúne investigadores de todo el mundo con el propósito de avanzar la base científica de la fabricación de piezas discretas.

«La fabricación es una industria de oportunidades excepcionales, impulsada por investigación que empuja los límites de lo posible», dijo el Presidente de NAMRI/SME Dean Bartles, PhD, FSME. «Los reconocidos hoy están impulsando esa investigación y nuestra industria adelante de formas que harán diferencia por décadas».

Los ganadores de los premios NAMRI/SME 2017 incluyen:

• Premio NAMRI/SME S.M. Wu de Implementación de Investigación, Ajay Malshe, PhD, Universidad de Arkansas/NanoMech Inc., Springdale, Arkansas.
• Premio NAMRI/SME a la Trayectoria de Servicio Destacado, Neil Duffie, PhD, FSME, CMfgE, PE, Universidad de Wisconsin, Madison, Wisconsin.

El Premio NAMRI/SME al Artículo Destacado se entregó por tres artículos:

• «Control de Aprendizaje Adaptativo para Compensación de Error Térmico de Máquinas Herramienta de 5 Ejes»,
• «Un Filtro de Partículas Aumentado Basado en Sensado Virtual para Pronóstico de Condición de Herramienta»,
• «Soporte de Agua Altamente Removible para Estereolitografía».

El inaugural Premio NAMRI/SME David Dornfeld de Visión de Fabricación y Competencia Blue Sky, financiado por la Fundación Nacional de Ciencias, también se otorgó en NAMRC este año. El Premio David Dornfeld de Visión de Fabricación tiene la intención de fomentar conceptos verdaderamente visionarios de investigación y educación y se otorga a la mejor presentación según lo determinado por el comité del programa.

«La fabricación representa más de tres cuartas partes de toda la investigación y desarrollo privada en EE. UU.», dijo Scott Smith, PhD, FSME, profesor en la Universidad de Carolina del Norte-Charlotte y expresidente de NAMRI/SME. «Esta competencia busca ideas radicales, desafiantes, que empujen los límites de lo que el futuro de la fabricación puede ser».

Financiado por la Fundación Nacional de Ciencias, los resúmenes para la competencia inaugural fueron parte de una pista especial «Ideas Blue Sky» en la conferencia. Las presentaciones fueron juzgadas por un comité basado en cómo desafían suposiciones existentes y en qué medida expanden las posibilidades y horizontes del campo.

El inaugural Premio NAMRI/SME Dornfeld de Visión de Fabricación lleva el nombre del fallecido profesor de la Universidad de California en Berkeley, considerado líder global en fabricación sostenible e inteligente, y el premio reconoce visión y liderazgo sobresalientes dentro de la comunidad de fabricación. «Estamos honrados de reconocer al Profesor Dornfeld, fellow y ex director de SME, así como fundador de NAMRC, por sus contribuciones a la fabricación», dijo Smith. «Su legado vivirá en los futuros pioneros de la industria y el compromiso que hagan para avanzar nuestra industria».

El premio fue otorgado a Tony Schmitz, PhD, FSME, Universidad de Carolina del Norte en Charlotte, por su presentación, «Fabricación Biomimética». La innovación de fabricación de próxima generación será habilitada, en parte, imitando sistemas biológicos en entornos de producción. En su presentación, Schmitz delineó nueva investigación en el ámbito de la fabricación biomimética.

Don Lucca, PhD, FSME, CMfgE, profesor regente y cátedra Herrington en materiales avanzados en Universidad Estatal de Oklahoma, presentó la Conferencia de Fundadores NAMRI/SME, titulada «En el camino hacia el mecanizado de ultraprecisión».

La NAMRC 46 se llevará a cabo del 18 al 22 de junio de 2018, en la Universidad Texas A&M en College Station, Texas.

Técnica láser produce grafeno a partir de madera

Un equipo de científicos de la Universidad Rice (Houston) ha convertido madera en un conductor eléctrico al transformar su superficie en grafeno.

El equipo de investigación, liderado por el químico de Rice James Tour, usó un láser para oscurecer un patrón de película delgada sobre un bloque de pino. El patrón es grafeno inducido por láser (LIG), una forma del material de carbono de un átomo de espesor descubierto en Rice en 2014.

«Es una unión de lo arcaico con el nanomaterial más nuevo en una sola estructura compuesta», dijo Tour en un comunicado. El material podría usarse para electrónica biodegradable. El descubrimiento se detalla este mes en Advanced Materials, ver página web https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201702211/full. Iteraciones previas de LIG se hacían calentando una lámina de poliamida, un plástico barato, con un láser. En lugar de una lámina plana de átomos de carbono hexagonales, LIG es una espuma de láminas de grafeno con un borde unido a la superficie subyacente y bordes químicamente activos expuestos al aire.

No cualquier poliamida produciría LIG, dijo Tour. El equipo de investigación, liderado por los estudiantes de posgrado de Rice Ruquan Ye y Yieu Chyan, probaron abedul y roble, pero encontraron que la estructura lignocelulosa entrecruzada del pino lo hacía mejor para producción de grafeno de alta calidad que maderas con menor contenido de lignina. La lignina es el polímero orgánico complejo que forma paredes celulares rígidas en la madera.

Ye dijo que convertir madera en grafeno abre nuevas avenidas para la síntesis de LIG a partir de materiales no poliamida. «Para algunas aplicaciones, como impresión 3D de grafeno, la poliamida puede no ser un sustrato ideal», dijo. «Además, la madera es abundante y renovable».

Como con la poliamida, el proceso ocurre con un láser industrial estándar a temperatura y presión ambiente y en una atmósfera inerte de argón o hidrógeno. Sin oxígeno, el calor del láser no quema el pino sino que transforma la superficie en escamas arrugadas de grafeno que están unidas por espuma a la superficie de la madera. Cambiar la potencia del láser también cambió la composición química y estabilidad térmica del LIG resultante. Al 70% de potencia, el láser produjo la más alta calidad de «P-LIG», donde la P significa «pino».

El laboratorio llevó su descubrimiento un paso más allá convirtiendo P-LIG en electrodos para dividir agua en hidrógeno y oxígeno y supercapacitores para almacenamiento de energía. Para el primero, depositaron capas de cobalto y fósforo o níquel y hierro sobre P-LIG para hacer un par de electrocatalizadores con altas áreas superficiales que resultaron duraderos y efectivos.

Depositar polianilina sobre P-LIG lo convirtió en un supercapacitor de almacenamiento de energía que tenía métricas de rendimiento utilizables, según Tour. «Hay más aplicaciones para explorar», dijo Ye. «Por ejemplo, podríamos usar P-LIG en la integración de energía solar para fotosíntesis. Creemos que este descubrimiento inspirará a científicos a pensar en cómo podríamos ingeniar recursos naturales en materiales de mejor funcionamiento». El proceso también crearía electrónica biodegradable.

Los coautores del artículo son los estudiantes de posgrado de Rice Jibo Zhang y Yilun Li; Xiao Han, quien tiene un nombramiento complementario en Rice y es estudiante de posgrado en Universidad Beihang, Beijing, China; y el científico de investigación de Rice Carter Kittrell. Tour es la Cátedra T.T. y W.F. Chao en Química, así como profesor de ciencias de la computación y de ciencia de materiales e ingeniería nano en Rice.

La Iniciativa Multidisciplinaria de Investigación Universitaria de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y el Centro de Investigación de Ingeniería de Nanosistemas NSF para Tratamiento de Agua Habilitado por Nanotecnología apoyaron la investigación.

Nuevos nanomateriales podrían construir futuros dispositivos electrónicos

Investigadores de la Universidad de Chicago y el Laboratorio Nacional Argonne han ideado un nuevo método para patronar nanomateriales que podría ayudar a crear nuevos dispositivos electrónicos.

Esta investigación, publicada en Science (ver https://science.sciencemag.org/content/357/6349/385), podría llevar a científicos a hacer estos materiales más fácilmente disponibles para uso en todo, desde pantallas LED hasta teléfonos móviles, fotodetectores y celdas solares. Aunque los nanomateriales son prometedores para futuros dispositivos, los métodos para construirlos en estructuras complejas hasta la fecha han sido limitados y a pequeña escala.

«Este es un paso necesario para mover puntos cuánticos y muchos otros nanomateriales de experimentos de prueba de concepto a tecnología real que podemos usar», dijo el coautor Dmitri Talapin, profesor de química en la Universidad de Chicago y científico del Centro de Materiales a Nanoescala en Argonne, en un comunicado. «Realmente expande nuestros horizontes».

Los transistores, la base de la computación moderna, son interruptores extremadamente pequeños hechos por miles de millones a través de un proceso llamado fotolitografía. El proceso, que hizo los smartphones ubicuos e inexpensivos, crea una plantilla de una capa de polímero orgánico colocando una «máscara» con patrón, e iluminándola con luz ultravioleta. Después de depositar el nuevo material encima, la plantilla de polímero se levanta para revelar el patrón. Varias rondas de tal patronaje construyen un transistor miniatura sobre el material.

La fotolitografía tiene sus limitaciones. Solo unos pocos materiales pueden ser patronados de esta forma. El método fue desarrollado originalmente para silicio, pero a medida que el reinado de medio siglo del silicio sobre la electrónica llega a su fin, los científicos miran hacia los próximos materiales. Una vía de interés son los nanomateriales —cristales diminutos de metales o semiconductores. A esta escala, pueden tener propiedades únicas y útiles, pero fabricar dispositivos con ellos ha sido difícil.

Una nueva técnica, llamada DOLFIN, hace diferentes nanomateriales directamente en «tinta» en un proceso que evita la necesidad de colocar una plantilla de polímero. Talapin y su equipo diseñaron recubrimientos químicos para partículas individuales. Estos recubrimientos reaccionan con la luz, así que si brillas luz a través de una máscara con patrón, la luz transferirá el patrón directamente a la capa de nanopartículas debajo —cableándolas en dispositivos útiles.

«Encontramos que la calidad de los patrones era comparable a los hechos con técnicas de vanguardia», dijo la autora principal Yuanyuan Wang, investigadora postdoctoral en la Universidad de Chicago. «Puede usarse con una amplia gama de materiales, incluyendo semiconductores, metales, óxidos o materiales magnéticos —todos comúnmente usados en fabricación de electrónica».

El equipo de investigación está trabajando en comercializar la tecnología DOLFIN con el Centro Polsky para Emprendimiento e Innovación de la Universidad de Chicago.

Frente Tecnológico editado por el Editor Senior Patrick Waurzyniak; pwaurzyniak@sme.org.