La impresora 3D recién adquirida impulsa la investigación cerámica avanzada de Penn State

Chad Eichfeld, izquierda, profesor de investigación asociado y director de operaciones del Laboratorio de Nanofabricación, y Amira Meddeb, profesora de investigación de caracterizaciones eléctricas, en el Laboratorio de Nanofabricación con la impresora 3D Lithoz CeraFab Lab. Crédito: Jamie Oberdick. Reservados todos los derechos.

27 de junio de 2023

Por Jamie Oberdick

UNIVERSITY PARK, Pa. — Una impresora de cerámica 3D recientemente instalada ofrece a los investigadores de materiales de Penn State capacidades avanzadas para producir fácilmente piezas de cerámica de alta resolución y otras cerámicas innovadoras para la investigación de materiales de vanguardia a un costo menor que su obtención.

Si bien muchos están familiarizados con la cerámica como arte o con artículos domésticos como tazas de café, la cerámica tiene aplicaciones menos conocidas que van desde el almacenamiento de energía a través de baterías de estado sólido hasta dispositivos ferroeléctricos y piezoeléctricos como sensores de calor. Investigadores del Instituto de Investigación de Materiales (MRI) de Penn State dijeron que ven la impresora 3D Lithoz CeraFab Lab como una herramienta necesaria para promover la investigación relacionada con materiales en toda la Universidad.

"Esto será parte de una instalación para usuarios aquí en Penn State, en el Laboratorio de Nanofabricación", dijo Amira Meddeb, profesora asociada de investigación en resonancia magnética. "La razón principal por la que lo adquirimos es para permitir más capacidades no solo para la comunidad de Penn State sino también para nuestra comunidad de usuarios ampliada con la que trabajamos, incluidas otras instituciones de educación superior y la industria".

Permitir esta producción también permite que MRI cree herramientas científicas personalizadas para otros investigadores de Penn State, que normalmente son costosas y difíciles de conseguir.

"La impresora nos permite producir piezas personalizadas y complejas que normalmente son costosas y tienen largos plazos de entrega, como crisoles y microrreactores diseñados a medida", dijo Meddeb.

La impresora a base de resina utiliza tecnología de procesamiento de luz digital, una técnica que utiliza luz para curar resinas líquidas fotosensibles y convertirlas en sólidos duros. Esto permite la producción interna de piezas de alta resolución y cerámicas de densidad total comparables en propiedades y microestructura a las cerámicas fabricadas con métodos de fabricación tradicionales.

Una pequeña impresión de prueba del Lion Shrine y Beaver Stadium, con un tamaño de poco más de una pulgada por una pulgada, demuestra el nivel de detalle que la impresora 3D de cerámica es capaz de producir. Crédito: Jamie Oberdick. Reservados todos los derechos.

"Las cerámicas son extremadamente difíciles de fabricar tradicionalmente por una variedad de razones, especialmente porque son tan duras una vez terminadas y sinterizadas que son muy difíciles de mecanizar", dijo Shawn Allan, vicepresidente de Lithoz America LLC. “Además, pueden ser delicados antes de sinterizarse, por lo que en ese estado también son difíciles de fijar y mecanizar. En comparación con esta impresora, es mucho más fácil realizar múltiples iteraciones de una pieza con diferentes geometrías y diferentes dimensiones y obtener la pieza real que necesita”.

La impresora puede imprimir una amplia variedad de materiales cerámicos. Ofrece la posibilidad de cambiar fácilmente materiales para diferentes proyectos y es relativamente sencillo de aprender a utilizar, especialmente para alguien con experiencia en el procesamiento de cerámica tradicional. La impresora completa la oferta de investigación que ofrece la resonancia magnética, según Chad Eichfeld, profesor de investigación asociado y director de operaciones del Laboratorio de Nanofabricación.

"Podemos trabajar con investigadores para hacer el diseño del material, la impresión 3D del material, [y] también se puede hacer la caracterización aquí", dijo Eichfeld. "Tener todo eso junto le permite realizar las iteraciones rápidas de la producción cerámica que son necesarias para el éxito de nuestros investigadores".

Además de los beneficios de la investigación, Eichfeld señaló que la nueva impresora tiene un gran potencial para la educación sobre materiales en Penn State.

"Penn State es una institución educativa práctica", dijo Eichfeld. “En otras universidades, un estudiante podría entregar parte del procesamiento que se realiza en el laboratorio de Amira y en el mío a un técnico, y él haría el trabajo por usted. Pero todos estamos manos a la obra. Esto es poderoso, ya que nuestros estudiantes de posgrado e incluso algunos estudiantes universitarios obtienen experiencia práctica con tecnología de punta aquí. Esa experiencia será realmente gratificante para ellos cuando comiencen su carrera".

Representantes de Penn State y Lithoz después de instalar la impresora 3D Lithoz CeraFab Lab. De izquierda a derecha, Shawn Allan (Lithoz America), Charles Rafalko (Penn State), Ryan Fordham (Lithoz America), Lach Peeke (Penn State) y Amira Meddeb (Penn State). Crédito: Jamie Oberdick. Reservados todos los derechos.

Jamie Oberdick

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