Propiedades mecánicas con impresión 3d
Propiedades mecánicas la manufactura aditiva, comúnmente conocida como impresión 3D, ha dejado de ser una moda para convertirse en una realidad. Hoy en día se puede imprimir casi cualquier cosa, desde partes de aviones donde viajas a tus vacaciones, moldes dentales para mejorar tu sonrisa, hasta dulces o chocolates para regalar el 14 de febrero.
La impresión 3D consiste en la deposición o solidificación de un material, para lo cual se utilizan diferentes tecnologías. Uno de los procesos más utilizados se basa en la extrusión (paso del material en forma de filamento en rollos que llegan a la boquilla que se lo calienta y se impulsa al exterior con determinada forma. Algo así como la elaboración de churros de azúcar tan consumidos en la época decembrina) de material en forma de filamentos y su deposición sobre una superficie capa-a-capa. El extrusor se mueve justo a las posiciones donde se debe colocar el material, resultando así en un patrón de material conocido como material reticulado. Al final, la retícula consta de cilindros (filamentos extruidos) apilados.
Propiedades mecánicas consideremos uno de los casos más básicos en ingeniería mecánica: una viga en voladizo. En la figura 1 se muestran dos vigas que han sido fijadas a la “pared”, y en el otro extremo están siendo sometidas a una fuerza (peso de la araña). La viga de la izquierda fue fabricada con técnicas convencionales, mientras que la de la derecha fue hecha por medio de impresión 3D. Podemos notar que debido al proceso con el que fue fabricada, la viga de la derecha resulta con la retícula antes mencionada.
Para predecir qué tanto bajó la araña (la punta de la viga), es necesario conocer los siguientes datos: longitud de la viga, propiedades del material del que está hecha (por ejemplo el módulo de Young), forma del área de sección, y peso de la araña. De la viga de la izquierda conocemos todos los datos, pero de la viga de la derecha, no sabemos el módulo de Young. El módulo de Young es una propiedad de cada material que nos dice cuánto se deforma a cierta carga. Para obtener esto se puede hacer una prueba de tensión (estirar la viga) como se muestra en la figura 2. Facebook
Al hacer la prueba de la figura 2, nos damos cuenta que sólo los filamentos alineados a la dirección en la que se jala la estructura participan en la resistencia de la misma. Los filamentos perpendiculares a esta dirección prácticamente no participan. Esto quiere decir que todas las estructuras que se muestran en la figura 3 (todas tienen la misma cantidad de filamentos alineados a la dirección de la tensión) resisten aproximadamente lo mismo a tensión.
Pero al regresar a la pregunta original… ¿qué tanto bajó la araña?… nos daremos cuenta que ¡no todas vigas de la figura 3 se doblarán igual! Esto debido a la influencia de otro mecanismo de deformación que hace acto de presencia: la deformación por cortante, la cual depende en gran medida de los filamentos transversales. Este fenómeno es similar a lo que sucedería cuando doblamos un directorio telefónico: las hojas se deslizarán una sobre otra, sin embargo, esto sería totalmente diferente si las hojas estuviera pegadas entre sí (mayor resistencia a cortante). Entonces, entre más filamentos transversales, mayor la resistencia a cortante.
