Boeing Corporation publicó recientemente un vídeo anunciando el desarrollo de un nuevo material metálico, considerado el más ligero jamás creado. Y dependiendo de a quién le preguntes, probablemente lo sea. Pero en los últimos años se ha hablado mucho sobre cuál es el más ligero: seguimos ampliando los límites de la ciencia de los materiales, la química y la física, con algunos resultados muy interesantes. Echemos un vistazo a lo que hay ahora, lo que está por venir y lo que significa para el mundo de la fabricación y la creación de prototipos.
Se considera que los materiales ultraligeros tienen una densidad de 10 mg por cm3 o menos. Para poner esto en perspectiva, el aire ambiente tiene una densidad de 1,2 mg/cm3, por lo que los materiales ultraligeros son poco más de 8 veces más pesados que el aire o menos. Dentro de este grupo élite tenemos a los siguientes aspirantes a la corona del peso ligero:
aerogel
No se trata tanto de un solo material, sino de una clase de materiales que comparten una estructura cristalina similar y que se fabrican utilizando aproximadamente el mismo proceso químico. A los aerogeles a veces se les llama humo congelado debido a su característica apariencia brumosa y que dispersa la luz. Además de ser ligeros, también tienen unas propiedades mecánicas maravillosas. Como están compuestos en un 99,98% de aire, son excelentes aislantes térmicos; de hecho, los mejores del mundo, y ese es actualmente su uso principal.
Los aerogeles se llaman así porque originalmente se derivaron de geles líquidos, en respuesta a un desafío amistoso entre dos químicos competidores allá por 1933. El líquido del gel se evaporó en condiciones controladas, dejando solo las partículas sólidas que habían estado previamente en suspensión y que ahora se fusionaron en una piel sólida. Las nuevas aleaciones que salen al mercado son más flexibles y parecidas al plástico, por lo que pueden mecanizarse y convertirse en bienes de consumo duraderos. (Como el cuerpo de la tableta Nexus de Google).
aerógrafo
Desarrollado recientemente en la Universidad de Zhejiang en China, este es actualmente el campeón reinante, el material sólido más ligero conocido (a diferencia de un gas o plasma). ¿Qué tan ligero dices? ¿Qué tal 0,16 mg/cm3, lo que lo hace mucho más ligero que el aire ambiente e incluso más ligero que el helio? Entonces, ¿por qué no flota? Simplemente porque hay aire contenido dentro de sus cámaras internas lo que hace que el conjunto sea algo más pesado.
Lo importante para nosotros aquí, y similar al aerogel anterior, es que se trata de una espuma. (De ahí que a veces toda esta clase de materiales se llame nanoespuma). Es decir, es una estructura amorfa y aleatoria llena de agujeros. Muchos agujeros. Hay tanta superficie interna expuesta que un solo gramo de material, si se extiende lo más plano posible, cubriría un área de cientos de metros cuadrados. Y, debido a esta porosidad extrema, el aerógrafo puede absorber 900 veces su propio peso en líquidos, lo que puede convertirlo en una excelente esponja para derrames de petróleo en el futuro.
Microred metálica: el metal más ligero del mundo
Volviendo a la imagen de arriba, la buena gente de la división de investigación de Boeing, HRL Laboratories, hizo esto en conjunto con GM y DARPA. «Enrejado» en este caso se refiere a la estructura de soporte interna que le da al material una increíble resistencia al peso. La construcción de celosía también diferencia a este material de los demás, ya que tiene una geometría regular, jerárquica y uniforme diseñada específicamente en lugar de ser aleatoria, como ocurre con la espuma.
¡Y fue hecho con impresión 3D! Primero, se forma una plantilla que crea la arquitectura esencial, utilizando un polímero fotoestable como con SLA. La luz ultravioleta cura el fotopolímero, lo que crea una forma tridimensional de puntales y soportes. Luego, esa plantilla se recubre con níquel no electrolítico, como las técnicas de recubrimiento de las que hablamos antes. El revestimiento es fino, de sólo unas pocas milésimas de milímetro. Finalmente, el material de la plantilla (el termopolímero de soporte) se elimina mediante un proceso de grabado, dejando solo la fina piel metálica y nada más.
¡Voilá! El metal más ligero jamás creado. Especie de. No es un nuevo material molecular per se, pero es una nueva forma de organizar las partículas de un metal conocido a microescala. Ésta es una de las grandes ventajas potenciales de la impresión 3D: crear geometrías complejas a escala nanométrica diseñadas con precisión para aprovechar las mejores propiedades de un material y, al mismo tiempo, eliminar literalmente toda la grasa.
Espere ver más de esto en el futuro y espere que este tipo de tecnología llegue desde la academia y los laboratorios de investigación a los centros de fabricación más prosaicos. Después de todo, el peso siempre es malo, ¿verdad? Bueno, no siempre. Hay casos en los que los fabricantes añaden peso intencionalmente a un producto de consumo para darle peso y sustancialidad, lo que sugiere alta calidad. (Piense en los auriculares Beats).
Pero cuando el rendimiento es lo más importante, la ingeniería aplicada selectiva y discreta a nanoescala será la mejor manera de fabricar cualquier cosa más fuerte y liviana, y la impresión 3D –en una de sus muchas derivaciones– lo hará posible.
Enlace：La impresión 3D crea los materiales más ligeros del planeta
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