Foto: Además de imprimir piezas individuales, el proceso puede producir celosías como esta, que pueden flexionarse y doblarse para lograr formas más complejas o para acoplarse a una superficie como el ala de un avión. Crédito: Julian Berman.

La cerámica es uno de los materiales más resistentes de la Tierra. Puede soportar temperaturas extremas, y algunos tipos no se alteran ante la fricción, los arañazos y otras tensiones mecánicas. Pero puede resultar difícil realizar formas complejas del material.

Foto: El ingeniero químico Zak Eckel y el líder del grupo, Tobías Schaedler. Crédito:
Julian Berman.

Unos químicos de HRL Laboratories en Malibú, California (EEUU), puede que hayan resuelto ese problema al desarrollar una cerámica que puede ser formada por una impresora 3D. El resultado: unos objetos ultrafuertes que son imposibles de fabricar con métodos convencionales.

Actualmente se emplea cerámica para fabricar pastillas de freno, la carcasa que aloja la microelectrónica y losetas de escudo térmico (como las que se utilizan en las naves espaciales). Ahora los científicos de HRL Laboratories intentan aumentar de forma significativa las aplicaciones posibles. Si las piezas para los motores de avión fueran cerámicas, por ejemplo, los motores podrían operar a temperaturas más altas, aumentando su eficiencia.

La cerámica también podría mejorar las piezas utilizadas por las turbinas de vapor y otras máquinas que deben soportar unas condiciones abrasadoras y mecánicamente duras. Boeing y General Motors son copropietarios del laboratorio, y el proyecto está financiado en parte por DARPA, el brazo de I+D del Departamento de Defensa de Estados Unidos.

Arriba: Este vaso de resina contiene precursores de polímero que pueden ser depositados por una impresora 3D para fabricar objetos. Crédito: Julian Berman. 

Abajo: Dentro de la impresora, la aplicación de luz ultravioleta endurece la resina para formar objetos capa a capa.Crédito: Julian Berman.

Foto: Después de unos 90 minutos de impresión, esta pequeña pieza, un rodete, emerge del baño de resina. Los rodetes son empleados en las turbinas de vapor y otras máquinas que sufren mucho desgaste y altas temperaturas. Crédito: Julian Berman.  

Arriba: La pieza se hornea para endurecer el polímero y convertirlo en cerámica. Durante este proceso, el tamaño de la pieza se encoge un 30%. Crédito: Julian Berman. 

Abajo: Schaedler se prepara para extraer la pieza cerámica del horno de 1.000 °C.  Crédito: Julian Berman.

Foto: Para probar la resistencia del material al calor, los científicos de HRL Laboratories lo someten a una llama de unos 1.200 °C.
Crédito: Julian Berman.

El truco de HRL Laboratories consiste en la elaboración de unas resinas especiales que pueden ser utilizadas como tinta por una impresora. Están hechas de polímeros pero llevan silicio en su estructura molecular y otros elementos que se encuentran en la cerámica. Estas resinas son introducidas en impresoras 3D para fabricar piezas con formas barrocas, como sacacorchos y láminas de celosía con patrones complejos. Después las piezas se hornean para eliminar los componentes orgánicos del polímero, dejando atrás el material cerámico.

Foto: Unas piezas más grandes de malla cerámica y láminas de celosía impresas como estas podrían utilizarse para proteger las naves espaciales de las temperaturas extremas. Crédito: Julian Berman.

La cerámica impresa en 3D podría ser superior en algunos aspectos a sus homólogas convencionales. Una celosía fabricada por HRL Laboratorioes tiene 10 veces la resistencia a la compresión de las cerámicas comercialmente disponibles. Estas piezas impresas también pueden aguantar temperaturas tan altas como 1.700 °C, una temperatura a la que otras cerámicas empiezan a degradarse.

Pero el grupo aún tiene esperanzas de lograr que su cerámica sea aún más resistente. Un enfoque consiste en diseñar nuevos tipos de polímeros precerámicos que incorporen unas fibras incrustadas para impedir que las grietas se agranden. Las cerámicas son quebradizas y pueden fracasar catastróficamente con una sola grieta. Pero eso no sucedería si un minúsculo defecto impidiera que una ingeniosa pieza nueva se hiciera añicos.