[ad_1]
Los monolitos tridimensionales (3D) permeables fabricados a partir de materia orgánica se pueden utilizar para una amplia gama de aplicaciones en almacenamiento de energía, aislamiento térmico y bioingeniería. Sin embargo, la falta de conformación física y precisión dimensional de los monolitos 3D limita severamente su utilidad en varias aplicaciones prácticas.
![Monolitos sostenibles impresos en 3D para aplicaciones energéticas](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_39644_16625654166092254.jpg)
Estudio: Impresión 3D de monolitos de nanofibras celulósicas para aplicaciones de aislamiento térmico y almacenamiento de energía. Crédito: Ladanifer/Shutterstock.com
Un artículo de prueba previa de la revista Additive Manufacturing aborda este problema mediante la fabricación de monolitos 3D personalizables a partir de nanofibras de celulosa utilizando una técnica de impresión 3D basada en la extrusión de materiales.
Monolitos tridimensionales (3D): descripción general y desafíos
En las últimas décadas, grupos académicos y técnicos han logrado avances notables en el campo de los monolitos tridimensionales (3D). Con la creciente necesidad de dispositivos electrónicos personalizados, se han realizado esfuerzos significativos para fabricar monolitos 3D con formas personalizables y funcionalidades únicas para diversas aplicaciones, como almacenamiento de energía, aislamiento térmico y transductores de presión.
Hasta la fecha, las nanoestructuras de carbono, las nanofibras de celulosa, los nanoflakes de MXene, el grafeno y los materiales poliméricos se han utilizado ampliamente para fabricar monolitos permeables en 3D. Las propiedades inherentes de estos componentes se reflejan en sus producciones 3D, lo que da como resultado cualidades distintivas de los monolitos resultantes.
Sin embargo, la mayoría de las técnicas de fabricación utilizadas para crear monolitos en 3D son difíciles de controlar, lo que dificulta el cumplimiento de los criterios para situaciones específicas. Por lo tanto, la fabricación de monolitos 3D multifacéticos prácticos y económicos con una precisión de forma aceptable y repetibilidad sigue siendo un tema importante.
Impresión 3D para producir monolitos porosos 3D
La impresión 3D es un método de fabricación único que utiliza una técnica capa por capa para crear rápidamente diseños 3D personalizables utilizando un diseño digital. Direct Ink Writing (DIW) es uno de los procesos de impresión 3D más populares debido a su enfoque de extrusión ajustable y su facilidad de uso.
A diferencia de los procesos de impresión 3D convencionales, DIW puede mezclar una amplia variedad de sustancias en tintas e imprimirlas en estructuras geométricas sofisticadas. Como resultado, el enfoque DIW tiene un futuro prometedor en la fabricación de monolitos 3D configurables y multipropósito.
Sin embargo, la excelente eficiencia reológica de la tinta es crucial para garantizar una alta resistencia estructural después de la impresión 3D. La precisión del material extruido también se ve afectada por la configuración de impresión 3D.
Por lo tanto, la fabricación de la tinta viscoelástica con un comportamiento reológico adecuado y la optimización del proceso de impresión que la acompaña son de vital importancia cuando se utiliza la tecnología de impresión 3D DIW para fabricar monolitos 3D.
Nanofibras celulósicas: el futuro de la impresión 3D
El desarrollo de materiales sostenibles, abundantes y desechables para reemplazar los recursos derivados del petróleo en monolitos impresos en 3D es fundamental para alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas. Las nanofibras celulósicas (CNF) generadas a partir de fuentes renovables son candidatas atractivas para fabricar monolitos 3D multifuncionales duraderos debido a su disponibilidad natural, buena biocompatibilidad, área superficial alta y composición superficial diversa.
Más importante aún, las suspensiones basadas en nanofibras de celulosa exhiben propiedades reológicas controladas que se pueden ajustar alterando la morfología, el tamaño y las propiedades superficiales de las nanofibras de celulosa. Ajustar la composición sólida durante el proceso de impresión 3D es una forma sencilla de controlar las propiedades reológicas de las nanofibras de celulosa.
Esta notable propiedad permite que las nanofibras de celulosa utilicen con eficacia las tintas de impresión 3D. El uso de tintas de nanofibras de celulosa en la tecnología de impresión 3D DIW ha abierto nuevas posibilidades para crear monolitos 3D personalizables. Sin embargo, la obtención de monolitos impresos en 3D de alta calidad sigue siendo un obstáculo clave para la adopción generalizada.
Aspectos destacados y desarrollos clave del estudio actual
Este artículo describe la impresión 3D de monolitos de nanofibras celulósicas personalizables mediante la optimización de las propiedades reológicas y la configuración de impresión 3D, y su aplicabilidad en los campos del almacenamiento de energía y el aislamiento térmico.
La tinta elastomérica para la impresión 3D DIW se fabricó con nanofibras de celulosa derivadas de la madera de palma aceitera. La influencia del contenido de nanofibras celulósicas en las propiedades reológicas y la procesabilidad 3D se ha estudiado a fondo.
Se realizaron investigaciones teóricas y simulaciones de dinámica de fluidos computacional para comprender mejor las propiedades del flujo de eyección de la tinta basada en nanofibras de celulosa. A continuación, se modificaron los ajustes de impresión 3D de las nanofibras de celulosa, lo que produjo una serie de monolitos 3D personalizables con una precisión geométrica notable.
El andamio de nanofibras de celulosa mostró una estructura porosa, excelentes propiedades mecánicas y baja conductividad térmica. Además, el andamio de nanofibras de celulosa porosa podría utilizarse como plataforma para la polimerización in situ de anilina (ANi).
Los monolitos impresos en 3D fabricados en este estudio utilizando nanofibras de celulosa tienen un enorme potencial como andamios multifuncionales en una variedad de áreas de aplicación debido a su capacidad de renovación, geometría adaptable, respeto por el medio ambiente y fidelidad de forma.
Relación
Zhou, G. et al. (2022). Impresión 3D de monolitos de nanofibras de celulosa para aplicaciones de aislamiento térmico y almacenamiento de energía. Fabricación aditiva. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860422005139?via%3Dihub
[ad_2]