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HISTORIAS INSPIRADORAS

Investigadores alemanes logran un nuevo proceso de bioimpresión 3D que permite utilizar fibras vegetales como la celulosa

Investigadores alemanes logran un nuevo proceso de bioimpresión 3D que permite utilizar fibras vegetales como la celulosa

La naturaleza trabaja a menudo con compuestos de fibra. Los principios de construcción de la naturaleza requieren poco material y energía y así aseguran la supervivencia de las especies animales y vegetales.



Los ejemplos incluyen madera, tallos de plantas, conchas quitinosas, huesos o tejidos como tendones y piel. Las conchas de mejillón o la seda de araña también son tejidos compuestos. Podemos aprovechar estos principios, que se conoce como biomimética, para diseñar y fabricar compuestos reforzados con fibras sostenibles y de base biológica, que actualmente tienen una gran demanda.

Los compuestos reforzados con fibra de base biológica consisten en fibras naturales o fibras de celulosa incrustadas en una matriz de base biológica. Los componentes de base biológica ofrecen propiedades comparables a las de los compuestos de fibra de vidrio de uso común. Los Institutos Alemanes de Investigación Textil y de Fibras (DITF), junto con Arburg GmbH + Co KG, están desarrollando un proceso de impresión 3D eficiente en energía y materiales para la fabricación de tales compuestos de fibra de base biológica livianos.

En los compuestos de fibra, que se producen de forma natural, las fibras de refuerzo, como las fibrillas de colágeno o celulosa, están incrustadas en una matriz de lignina, hemicelulosa o colágeno. Los hilos de fibra se alinean con los patrones de tensión. Los tejidos se forman principalmente a través de procesos fisicoquímicos basados ​​en soluciones que tienen lugar a temperatura ambiente.

Al igual que en la naturaleza, los nuevos procesos de impresión 3D con refuerzo continuo de fibra también permiten la deposición de hilos de fibra en el lugar correcto (optimización de la topología) y en la dirección adecuada de acuerdo con la carga. Sin embargo, las fibras naturales como las fibras de celulosa son sensibles a temperaturas más altas. Por lo tanto, no se pueden utilizar en el proceso de impresión 3D termoplástico comúnmente empleado.

El resultado del trabajo de investigación son componentes compuestos de fibra impresos en 3D que consisten en fibras continuas de celulosa incrustadas en una matriz a base de celulosa. El proceso de impresión 3D recientemente desarrollado permite fabricar los compuestos a temperatura ambiente. Esto significa que, como en la naturaleza, el material y el componente se pueden producir simultáneamente en una sola operación a temperatura ambiente.

La hebra de fibra de celulosa se estabiliza primero con un aglutinante para su procesamiento en la impresora.

El cabezal de impresión especialmente diseñado transforma el aglutinante en una matriz con la que se recubren las fibras continuas de celulosa. Dado que las fibras de celulosa y la matriz tienen estructuras químicas similares, el componente compuesto es particularmente estable. Las propiedades mecánicas, como la resistencia a la rotura, son excepcionalmente buenas.

El método de fabricación basado en soluciones y energéticamente eficiente desarrollado por el equipo de investigación también se puede utilizar en otros procesos de fabricación de materiales compuestos. Es particularmente adecuado para procesar materiales sensibles a la temperatura que tienen una gran demanda, como fibras naturales o de celulosa.

El proyecto de investigación «CellLoes-3D-Druck» está financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania como parte del concurso de ideas «Biologisierung der Technik».

Publicado: 18 de enero de 2023

Fuente: BioEconomía

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