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(Noticias de Nanowerk) Hasta ahora, no ha sido posible fabricar aditivamente sensores y otros dispositivos electrónicos en una sola operación. Un equipo de investigación del Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación y Automatización IPA ahora ha logrado hacer precisamente eso. ¿La clave de este éxito? plásticos conductores.
En el proyecto de investigación «Integración funcional electrónica en componentes fabricados de forma aditiva», investigadores del Centro de Tecnologías de Fabricación Aditiva de Fraunhofer IPA han logrado producir sensores de proximidad inductivos en cualquier forma con una impresora 3D, aunque el proceso de impresión tuvo que interrumpirse repetidamente para coloque las pistas conductoras en la carcasa.
En la segunda fase del proyecto, el equipo de investigación de Stefan Pfeffer, junto con el fabricante de máquinas para plásticos Arburg, investigó qué plásticos conductores podrían usarse en lugar de plata o cobre. Para ello, los investigadores experimentaron con varios elastómeros termoplásticos (TPE). Estos son plásticos flexibles que se pueden procesar cuando se calientan. Los TPE son conductores si contienen una cantidad suficiente de partículas de hollín, por ejemplo. Primero, el equipo de investigación buscó el TPE con la menor resistencia eléctrica, porque cuanto menor es la resistencia, más aplicaciones posibles hay.
![Demostrador de LED con placa de circuito integrado, pista TPE impresa, LED contactado y paquete PBT aislante](https://www.nanowerk.com/news2/gadget/id61497_1.jpg)
Ensayos de resistencia de elastómeros termoplásticos
Luego, Pfeffer y su equipo sometieron el material seleccionado a una extensa serie de pruebas de materiales: lo expusieron al calor y al frío para probar cómo cambiaba la resistencia eléctrica. Pasaron corriente a través de ellos a voltajes cada vez mayores hasta que los conductores se quemaron. Estiraron el TPE para averiguar hasta qué punto vuelve a su forma original y cómo la conductividad disminuye gradualmente bajo estrés.
Envejecieron el material artificialmente para ver cómo afecta esto a la conductividad y lo expusieron a los elementos en un techo plano durante un año para descubrir cómo se desgasta el TPE y cómo cambian sus propiedades durante el proceso.
La investigación también se centró en la cuestión de qué ajustes deben realizarse en el «freeformer», el sistema de fabricación aditiva industrial de Arburg, para minimizar la resistencia eléctrica del material y comprobar si la orientación de la impresión (horizontal o vertical) afecta a la conductividad del material La presión afecta a los componentes.
Sensores y órtesis son posibles campos de aplicación
Para cumplir su cometido, el TPE conductor debe embeberse en otro termoplástico con propiedades aislantes durante la impresión. El quid de la cuestión es que los dos plásticos tienen que unirse (idealmente, no deberían poder separarse después), pero tampoco mancharse durante el proceso de impresión. De lo contrario, sin una separación clara entre los materiales conductores y aislantes, existe el riesgo de que se produzca un cortocircuito.
El equipo de investigación de Pfeffer también resolvió la cuestión de cuál es la mejor manera de instalar componentes electrónicos como LED, resistencias o microcontroladores para permitir el contacto con la pista conductora de TPE impresa.
![Medida de resistencia en un elastómero termoplástico con partículas de hollín](https://www.nanowerk.com/news2/gadget/id61497_2.jpg)
«Las pistas conductoras hechas de TPE a base de negro de carbón se pueden producir de forma económica», dice Pfeffer, «pero no podrán reemplazar las pistas conductoras soldadas debido a su conductividad general más pobre».
Sin embargo, todavía hay una serie de áreas de aplicación interesantes. Los sensores capacitivos, como los interruptores táctiles o los indicadores de nivel, son concebibles, por ejemplo, mientras que las esteras térmicas o las órtesis que emiten calor en ciertas partes del cuerpo para apoyar la curación ofrecen otras opciones. “También se podrían equipar las ventosas de los robots con pistas conductoras de TPE para controlar el desgaste del material. Cuanto mayor es la resistencia, más desgastada está la pinza”.
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