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(noticias nanowerk) Científicos de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) y el Instituto IMDEA Materiales han desarrollado una nueva técnica experimental de ensayos de fragmentación para evaluar la capacidad de absorción de energía de impacto de estructuras metálicas impresas en 3D. Esta técnica, más flexible, sencilla y rápida que otras utilizadas actualmente, permite ensayar las prestaciones mecánicas de estos materiales como estructuras protectoras.
Las principales aplicaciones de esta investigación se relacionan con los sectores de la ingeniería aeroespacial, la seguridad y la ingeniería civil, áreas donde es importante desarrollar nuevos materiales para construir estructuras de protección ligeras y portátiles, que puedan repararse en servicio y también que sean capaces de absorber energía en el caso de un impacto. Por ejemplo, cuando un pájaro choca con un avión, en colisiones accidentales entre vehículos de motor o en explosiones que pueden ocurrir durante ataques a edificios gubernamentales e infraestructuras críticas como plantas de energía nuclear, dicen los investigadores.
“La idea es poder producir estructuras de protección con impresión 3D para reducir sus costos, minimizar desperdicios, personalizar su diseño y subcontratar su fabricación, ya que se podría hacer in situ, particularmente para los viajes aéreos y espaciales, sería un gran beneficio. ventaja.» Revista de Mecánica y Física de Cuerpos Sólidos (“Fragmentación por impacto a alta velocidad de tubos metálicos fabricados aditivamente”).
“El artículo presenta una nueva técnica experimental introducida en el Laboratorio de Impacto de la UC3M, donde realizamos ensayos de fragmentación con velocidades de impacto de hasta 400 metros por segundo”, explica otro de los autores, José Antonio Rodríguez Martínez, profesor del mismo recinto de la UC3M. – Departamento que desarrolló esta investigación bajo PURPOSE, un proyecto ERC Starting Grant de la Unión Europea (GA 758056).
Los investigadores filmaron estas pruebas con dos cámaras de alta velocidad y también realizaron tomografías de rayos X antes y después de la prueba de las estructuras del material impreso en colaboración con colegas del Instituto IMDEA Materiales que realizaron el análisis microestructural y la caracterización de las muestras.
«En concreto, determinamos la forma y la distribución del tamaño de los poros creados por el proceso de impresión y examinamos su influencia en la formación y propagación de grietas y, por tanto, en la capacidad de absorción de energía de la estructura», afirma Federico Sket, científico senior de IMDEA Materiales. , quien junto a su colega Jonathan Espinoza, asistente de investigación del instituto, participó en este estudio en este instituto de investigación.
Los experimentos de fragmentación se llevaron a cabo en el Laboratorio de Impacto de la UC3M utilizando una pistola de gas alimentada con helio. En concreto, los investigadores lanzaron un proyectil circular con punta cónica y un peso de unos 150 gramos, que impactó en un tubo de paredes delgadas a una velocidad de 200 a 400 metros por segundo (entre 720 y 1.440 km/h). En este caso, el diámetro del proyectil es mayor que el diámetro del tubo, que se expande radialmente a medida que avanza el proyectil hasta que se forman múltiples fracturas, lo que lleva a la fragmentación de la muestra.
“La tecnología es más sencilla, más rápida de usar, más flexible y tiene menores costos operativos que los sistemas que utilizan explosivos o sistemas electromagnéticos. Nuestro dispositivo también nos permite realizar más experimentos en menos tiempo, obteniendo así una serie de ensayos que arrojan resultados estadísticamente significativos”, explican Sergio Puerta y David Pedroche, técnicos de laboratorio del Departamento de Mecánica del Continuo y Análisis Estructural de la UC3M, la participaron en la realización de los experimentos.
Los investigadores consideran que se trata de un método innovador y esperan sentar las bases de un protocolo que permita determinar sistemáticamente si una estructura impresa es capaz de absorber energía en caso de impacto basándose en la caracterización de su microestructura porosa y sus mecanismos de fragmentación de correlación.
“Esta técnica nos mostrará en última instancia si la impresión 3D en metal es una técnica viable para construir estructuras de protección”, afirma José Antonio Rodríguez Martínez. “En EE.UU. ya existen programas específicos financiados por el Departamento de Defensa y el Departamento de Energía para financiar esta línea de investigación. Por lo tanto, esperamos que la Unión Europea y el gobierno español también desarrollen una visión a largo plazo que lo haga posible”. “Para nosotros es de gran ayuda trasladar la investigación básica que hacemos a la práctica de la ingeniería”, concluye.
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