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Oct 19, 2023

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10/03/2023 Debra Levey Larson Recientemente se instaló un nuevo equipo

3/10/2023

Debra Levey Larson

Recientemente se instaló un nuevo equipo en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign que trae la última tecnología en fabricación aditiva al campus. A diferencia de la fabricación aditiva de plástico o metal más conocida, esta máquina puede imprimir compuestos estructurales grandes y livianos como los que se usan en estructuras aeroespaciales. Es la primera impresora 3D de fibra continua de Continuous Composites que se instala fuera de la empresa y en la academia.

Según el profesor fundador de ingeniería Jeff Baur, "Esta es una tecnología de compuestos que cambia el paradigma porque le permite crear estructuras con formas complejas que tienen propiedades mecánicas que se acercan a las de los compuestos aeroespaciales tradicionales. Actualmente, los compuestos de alto rendimiento se fabrican mediante la colocación de resina Rellenamos telas o fibras a mano y las cocinamos durante mucho tiempo en una olla a presión llamada autoclave. Ahora, colocamos las fibras con un robot, las curamos rápidamente y luego las curamos en un horno en una fracción del tiempo. Debido a la fuerza de las fibras continuas, creemos que actualmente tenemos el compuesto impreso aditivamente más fuerte del mundo, pero aún queda mucho trabajo técnico por hacer".

La impresora CF3D viene con una asociación industrial/académica única entre UIUC y Continuous Composites, Inc. Baur dijo que el acuerdo con Continuous Composites proporcionará algunos suministros, soporte técnico y actualizaciones de hardware a su laboratorio. A cambio, dijo: "Proporcionaremos a la empresa comentarios gratuitos y abiertos sobre nuestras experiencias con el equipo para que puedan realizar mejoras para sus futuros clientes".

Después de más de 25 años en la Fuerza Aérea, Baur se unió a la facultad el año pasado para dirigir el laboratorio de procesamiento de compuestos y fabricación aditiva en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial. También forma parte del Grupo de Sistemas de Materiales Autónomos del Instituto Beckman.

"Vi venir esta tecnología hace cuatro o cinco años. Sabía dónde estábamos en términos de aditivos para polímeros y estaba claro para mí que nunca obtendríamos las propiedades mecánicas que necesitábamos para tener éxito a menos que fuéramos a un proceso muy largo o continuo. fibra”, dijo.

Tanto Baur como la revista Composite World encuestaron a empresas de fabricación aditiva que utilizan fibra de carbono continua y llegaron a la misma conclusión. "Para los compuestos termoendurecibles como los que se utilizan en la mayoría de las aplicaciones aeroespaciales, Continuous Composites estaba por delante de todos los demás". A diferencia de los compuestos termoplásticos que requieren altas temperaturas y presiones para consolidarse, los compuestos termoendurecibles se unen mediante reacciones químicas. Esto no solo proporciona una rica paleta de opciones y propiedades químicas, sino que también utiliza menos energía y permite una fabricación más sostenible en la "cuna" o al comienzo de la vida útil de la estructura aeroespacial. Por supuesto, el mayor impacto de los materiales compuestos en el sostenimiento es hacer que los vehículos sean más livianos, lo que se traduce en un menor uso de energía y menos emisiones durante la vida útil del vehículo".

Baur describió un ejemplo de cómo esta nueva tecnología también puede abordar la sostenibilidad en la "tumba" o al final de la vida útil de una pieza. Debido a la durabilidad de la mayoría de los compuestos termoendurecibles, es difícil recuperar la costosa fibra de la matriz de resina y luego reciclarla o reutilizarla. Las estructuras compuestas grandes, como las palas de las turbinas eólicas, por ejemplo, tienen una vida útil de 30 años y luego se entierran en vertederos. "A través de un centro financiado recientemente por el Departamento de Energía, llamado RE-MAT y dirigido por la UIUC a través del Instituto Beckman, los investigadores están diseñando moléculas de resina que, en las condiciones adecuadas, pueden descomprimirse para hacer que las fibras sean recuperables, la resina reciclable y ambas reutilizable El compuesto impreso aditivo puede acelerar la evaluación y el desarrollo de estos nuevos materiales y permitir una economía circular para los compuestos termoestables.

Además de un corte de cinta ceremonial, Baur coordinó un simposio para reunir a líderes técnicos de UIUC, Continuous Composites, Air Force Research Lab, Arkema, Hexcel, Siemens y Comeau.

Organizar el evento fue clave. "Este no es el tipo de cosas a las que normalmente se invita a la academia", dijo Baur. "Pero en el simposio, tuvimos la participación del gobierno, la industria y la academia. Fue una forma de reunir a todos los actores para tener una conversación sobre una visión compartida. Todos querían verla. Fue un gran momento para la tecnología. ."

Según Baur, la impresora CF3D se utilizará en la investigación en múltiples niveles.

"Imagínese que tiene una nueva fibra, un nuevo refuerzo, tal vez una fibra de origen biológico y quiere usarla para hacer un compuesto estructural. Esta máquina debería poder manejar eso. En un nivel completamente diferente, podemos usar esta máquina para hacer grandes estructuras como prototipos de túneles de viento o estructuras que se pueden implementar en el espacio. Cuando imprime con compuestos estructurales, su prototipo puede tener el nivel de rendimiento que necesita para la estructura final".

Baur ya tiene un equipo de estudiantes aeroespaciales trabajando en una variedad de proyectos.

"Podemos hacer un trabajo en la Universidad de Illinois que sea fundamental e impactante para la industria", dijo. "Uno de mis estudiantes está desarrollando nuevos métodos para la optimización de la topología de estas estructuras impresas. Uno está trabajando en compuestos que cambian de forma utilizando diseños de compuestos novedosos. Otro está trabajando en la caracterización de la resina aditiva que permitirá compuestos termoestables reciclables. Y la mayoría utilizará esta máquina en cierta capacidad.

"En el futuro, buscaremos nuevos materiales, nuevas formulaciones de compuestos, nuevos diseños de esos compuestos y nuevas aplicaciones para esos compuestos, incluidas estructuras adaptables e incluso multifuncionalidad con dispositivos integrados".