Enfoque revolucionario en la fabricación aditiva

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Imágen: XJET Ltd.

XJET Ltd., es una empresa israelí fundada en 2005; que introduce al mercado el primer e innovador sistema de impresión 3D basado en inyección de tinta para piezas metálicas.

Esta nueva tecnología que será presentada este mes en la feria FormNext 2016 en Frankfurt, Alemania; trae un nuevo nivel de calidad al incorporar la tecnología de nanopartículas metálicas sólidas suspendidas en el líquido “tinta”, provistos en cartuchos sellados.

La impresora utiliza un sistema de inyección directa de tinta de metal, que permitiría reducir los costos y los tiempos requeridos para la impresión y además, eliminar la necesidad de manejar polvos metálicos, al utilizar nanopartículas metálicas sólidas dentro de una suspensión líquida, que se entregan como cartuchos sellados y se cargan fácilmente de manera manual en el sistema XJET.

Los cabezales de impresión del sistema de XJET depositan una capa ultra fina de gotitas líquidas que contienen las nanopartículas metálicas en el sistema de acumulación de la bandeja; permitiendo producir piezas de metal con la misma facilidad y versatilidad de la impresión por inyección de tinta y sin comprometer el rendimiento.

Las piezas que se obtienen por este sistema son de alta calidad y con niveles de detalle sin precedentes y con un tiempo de impresión rápido; prescindiendo de polvos y rayos láser de la impresión 3D tradicional.

El líquido de soporte se evapora entonces gracias a la alta temperatura dentro de la cámara de la impresora, dejando una pieza de metal sólido detrás, la cual es casi indistinguible de una pieza de fundición de metal en términos de esfuerzo cortante, resistencia a la tracción y otras propiedades mecánicas; tratándose de un proceso más limpio que la impresión que utiliza un láser para unir gránulos de polvo.

Este enfoque de inyección de tinta permitirá a los usuarios crear paredes más delgadas y lograr los detalles más finos. Las estructuras de soporte, por su parte; se crean a partir de un material diferente, por lo que es una simple cuestión de separar los dos materiales distintos después en el proceso de impresión.

Con esta tecnología, las empresas podrán obtener por impresión 3D productos metálicos mucho más complejos y de bajo volumen de producción o incluso prototipos avanzados.

“Estamos presenciando cómo la fabricación aditiva está perturbando modelos de negocio completos”, dijo Yair Shamir, Presidente de XJET. “Incluso más, con la tecnología de nanopartículas de chorro de XJET, la industria manufacturera va a dar un paso gigantesco hacia el futuro, dando a las empresas una ventaja competitiva real. Su tecnología de vanguardia produce geometrías complejas con intrincados detalles, y con perfecta metalurgia. Esto no tiene precedentes. Es emocionante ser parte del viaje XJET y marcar el comienzo de este enfoque revolucionario en la fabricación aditiva”.

 Fuente: http://www.xjet3d.com/index.php

Ver video: https://youtu.be/GVGgwXwS8Aw

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Nanopartículas de oro para identificar células tumorales

delazerda-680x320-goldnano_0En los últimos años se están logrando grandes avances en el campo de la nanotecnología y la nanociencia, al punto de convertirse en un sector estratégico en la mayor parte de las economías desarrolladas.

Su influencia alcanza los más diversos sectores socioeconómicos, que van desde la salud hasta la energía, pasando ya por un sinnúmero de otros sectores como pueden el textil, las tecnologías de la comunicación e información, el transporte, etc. Su expansión ha sido fruto del gran avance y disponibilidad de nuevas tecnologías capaces de “ver” y “tocar” a esta escala dimensional, a un mayor número de materiales.

Ahora un profesor de biología estructural y de ingeniería eléctrica en la Universidad de Stanford, Adam de la Zerda; avanza en el desarrollo de una tecnología innovadora de imágenes médicas, capaz de observar de una manera clara lo que está sucediendo dentro del cuerpo de una persona, que podría conducir a una transformación en la manera de detectar y tratar de manera temprana el cáncer, al dar mayor precisión en la identificación y en la tarea de los cirujanos.

De la Zerda sostiene que a pesar del progreso de la investigación del cáncer en los últimos 50 años; aún no se lo ha podido derrotar por una razón principal: “estamos luchando a ciegas”, dice. “Aquí es donde entran las imágenes médicas”.

Junto con colaboradores en Stanford, de la Zerda ha desarrollado una técnica prometedora para ofrecer imágenes mucho más claras y precisas, que permitan diferenciar por ejemplo, donde termina un tumor y donde comienza el tejido sano; de manera que permita superar la limitación actual según dice de la Zerda: “los neurocirujanos se enfrentan a la tarea casi imposible de decidir dónde dejar de cortar al retirar un tumor”, corriendo el riesgo de ser demasiado conservadores, en un sentido u otro; dejando células cancerígenas o cortando otras que no lo son.

Con la tecnología actual, de la Zerda señala que “es esencialmente un juego de adivinanzas”. De hecho dice, la razón por la que el 90% de las cirugías de cáncer de cerebro en última instancia fallan, es porque las células cancerosas ocultas vuelven crecen y repiten el tumor.

El nuevo método desarrollado por de la Zerda y su equipo, es el de inyectar a los pacientes con miles de millones de nanopartículas de oro, que están programadas para buscar químicamente a las células cancerígenas para adherirse a ellas, de manera que cámaras especiales puedan verlas por su brillo.

Hasta ahora se han realizado pruebas con éxito en ratones, al detectarse regiones cancerosas minúsculas que las técnicas actuales no hubieran sido capaces de identificar.

Por primera vez dice de la Zerda, esta tecnología permite una mirada no invasiva dentro del cuerpo para ver muy claramente la localización de un tumor o si el cáncer se ha metastatizado.

Aunque puede que no sea la victoria absoluta en la guerra contra el cáncer, es un arma importante para agregar a nuestro arsenal. “Para ser franco, estamos todavía muy lejos de ganar la guerra contra el cáncer”, dice de la Zerda. “Pero al menos tengo la esperanza de que debemos ser capaces de no luchar a ciegas esta guerra al disponer de mejores técnicas de imagen médica”.

Fuente:

http://engineering.stanford.edu/research-profile/%E2%80%8Binnovations-medical-imaging-are-reshaping-war-against-cancer

Nueva batería de ion litio que se activa y desactiva en función de la temperatura

nenergy20159-f1Investigadores de la Universidad de Stanford han inventado una batería de iones de litio que se activa y desactiva en función de la temperatura de operación, previniendo de tal forma los incendios en este tipo de baterías que han afectado a muchos dispositivos electrónicos. El estudio de esta nueva batería se publica en la revista Nature Energy en la edición del 11 de enero.

Según dice la profesora de ingeniería química de Stanford, Zhenan Bao; “se han intentado diferentes estrategias para resolver el problema de los incendios accidentales en las baterías de iones de litio”; agregando que en este caso se ha logrado “diseñar la primera batería que se puede apagar y reencender durante los ciclos de calentamiento y enfriamiento repetidos, sin comprometer el rendimiento.”

Si en una batería de iones de litio típica, la temperatura alcanza unos 300 grados Fahrenheit (150 grados Celsius), el electrolito podría incendiarse y provocar una explosión; por lo que para prevenir esta situación, se han utilizado varias técnicas, tales como la adición de retardadores de la llama del electrolito; siendo el ingeniero de Stanford, Yi Cui; quien en 2014 creó una batería “inteligente” que proporciona una amplia advertencia antes del sobrecalentamiento de la batería.

“Desafortunadamente, estas técnicas son irreversibles, por lo que la batería ya no es funcional después de que se recalienta”, dijo Cui; coautor del estudio y profesor asociado de ciencias de los materiales, ingeniería y fotones. “Es evidente que, a pesar de los muchos esfuerzos realizados hasta el momento, la seguridad de la batería sigue siendo una preocupación importante y requiere un nuevo enfoque.”

Entonces para abordar este nuevo enfoque, los investigadores de la Universidad de Stanford; aplicaron la nanotecnología inventando un sensor para vigilar la temperatura de la batería, hecho de una matriz de película delgada de polietileno con alto coeficiente de expansión térmica, que incorpora diminutas partículas de níquel con picos a nanoescala, que sobresalen de su superficie y recubiertas con grafeno.

16011-safebattery_newsLas nanopartículas así conformadas, se mantienen agrupadas y permitiendo de tal manera la conducción de la electricidad hasta que la batería se recalienta, momento en las nanopartículas se separan, por lo que la corriente deja de fluir; y la batería entra en una etapa de enfriamiento; momento en que las partículas se vuelven a reunir y la batería reinicia la producción de electricidad.

El profesor Chen, autor principal del estudio; explica que “Nosotros adherimos la película de polietileno a uno de los electrodos de la batería, de manera que la corriente eléctrica puede fluir a través de ella, para lo cual las partículas puntiagudas se tienen que tocar físicamente entre sí”. Cuando la batería se recalienta, se produce la expansión térmica de la película de polietileno, provocando que “las partículas se separen, haciendo a la película no conductora de electricidad, de modo que ya no puede fluir la misma a través de la batería.”

16011-safebattery_spikesEn el experimento realizado por los investigadores, calentaron la batería por encima de 160 F (70 C), y la película de polietileno se expandió rápidamente como un globo, haciendo que las partículas puntiagudas se separaran y que la batería se apagara. Pero cuando la temperatura bajó nuevamente a 160 F (70 C); el polietileno se redujo y las partículas volvieron a entrar en contacto, con lo que la batería reinició la generación de electricidad manteniendo su funcionalidad.

Además, según señaló el profesor Bao; “Podemos incluso ajustar la temperatura de corte, dependiendo del número de partículas que ponemos o el tipo de materiales poliméricos que elegimos; por ejemplo, podríamos querer que la batería se apague a los 50 C o 100 C.”

“En comparación con los enfoques anteriores, nuestro diseño proporciona una estrategia confiable, rápida y reversible, que puede lograr tanto un alto rendimiento de la batería y la mejora de la seguridad”, dijo Cui. “Esta estrategia representa una gran promesa para las aplicaciones prácticas de la batería.”

Fuente:

http://www.nature.com/articles/nenergy20159

Video:

https://youtu.be/Mk7DHn_DxUw

Crean nuevo metal excepcionalmente fuerte y ligero

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Un equipo de investigadores de Henry Samueli School of Engineering and Applied Science de la Universidad de California (UCLA); con financiación del National Institute of Standards and Technology; ha creado un nanocompuesto ligero de metal estructural súper fuerte, con muy alta resistencia y módulo específico, o relación rigidez-peso; que podría ser utilizado en la fabricación de aviones, vehículos espaciales y automóviles más livianos, permitiendo mejorar la eficiencia de combustible; como así también la electrónica móvil y los dispositivos biomédicos.

El nuevo metal se compone de magnesio infundido con nanopartículas de carburo de silicio, y para lograr un metal súper fuerte pero liviano; el equipo de investigadores desarrolló una nueva forma de dispersar y estabilizar las nanopartículas mediante un método de fabricación escalable, que podría allanar el camino para lograr metales ligeros de alto rendimiento.

Los metales estructurales son metales de carga; que se utilizan en la construcción de edificios y vehículos. El magnesio, es un material ligero que compite con el aluminio en las aplicaciones que requieren metales de baja densidad, y el carburo de silicio es un compuesto cerámico ultra-duro de uso común en las herramientas de corte industrial.

La técnica de infusión desarrollada por los investigadores, consiste en infundir un gran número de partículas de carburo de silicio más pequeñas que 100 nanómetros en el magnesio; que añaden una fuerza significativa, rigidez, plasticidad y durabilidad bajo altas temperaturas; según se demostró en la investigación.

Una de las características de las partículas de cerámica a nanoescala, es que tienden a agruparse en lugar de dispersarse uniformemente, debido a la tendencia de las partículas pequeñas de atraerse. Para contrarrestar este problema, los investigadores dispersan las partículas en una aleación de zinc de magnesio fundido. La dispersión de nanopartículas recién descubierta, se basa en la energía cinética desarrollada en el movimiento de las partículas. Esto estabiliza la dispersión de las partículas y evita la formación de grumos. Para mejorar aún más la fuerza del nuevo metal, los investigadores utilizaron una técnica llamada de torsión de alta presión para comprimirlo.

El nuevo metal tiene alrededor de un 14% de nanopartículas de carburo de silicio y 86% de magnesio, que es un material abundante y que la ampliación de su uso no puede causar daños al medio ambiente.

“Se ha propuesto que las nanopartículas podrían realmente mejorar la fuerza de los metales sin dañar su plasticidad, especialmente en los metales ligeros como el magnesio, pero no hay grupos que hayan sido capaces de dispersar nanopartículas cerámicas en metales fundidos hasta ahora”, dijo Xiaochun Li, investigador principal en UCLA. “Nuestro método abre un nuevo camino para mejorar el desempeño de los diferentes tipos de metales mediante la infusión de manera uniforme de nanopartículas; y satisfacer los desafíos energéticos y de sostenibilidad en la sociedad actual.”

Fuente:

http://newsroom.ucla.edu/releases/ucla-researchers-create-exceptionally-strong-and-lightweight-new-metal

http://www.nature.com/nature/journal/v528/n7583/full/nature16445.html