Nuevos materiales

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Nuevos materialesDefiniciónSe trata de nuevas familias de materiales y/o tecnologías, que abren importantes potencialidades de desarrollo de aplicaciones específicas.

Nuevos materialesEnumeración

Materiales compuestos Materiales adaptativos o inteligentes Materiales biocompatibles Fibra óptica Leds Materiales para rapid manufacturing Materiales ecológicos

Nuevos materialesMateriales compuestos (composites)Se define como aquel material formado por dos o más sustancias que presentan una marcada heterogeneidad, y que por lo normal están unidas de manera inseparable.

A pesar de que la naturaleza nos ofrece numerosos ejemplos de materiales compuestos, solo en el siglo XX el hombre ha empezado a imitarlos con el objetivo de conseguir un mayor nivel de eficiencia.

El tablero contrachapado, el Corian o Silestone, o las resinas de poliéster con fibra de vidrio, son algunos ejemplos típicos de composites.

Nuevos materialesMateriales compuestosClasificación por la naturaleza de su matriz- Compuestos de matriz polimérica (plástico): PMC.- Compuestos de matriz metálica: MMC.- Compuestos de matriz cerámica: CMC.

Clasificación por su morfología- Compuestos reforzados con partículas (ejemplo: hormigón).- Reforzados con fibras (fibras de vidrio, carbono, aramida, Twaron, Technora, Kevlar).- Estructurales (materiales laminares y paneles sandwich).

Bronce-plástico

Nuevos materialesMateriales adaptativosDefiniciónLos materiales inteligentes, activos, multifuncionales o adaptativos son materiales capaces de modificar de un modo reversible y controlable alguna de sus características, cuando sobre ellos actúan estímulos físicos o químicos externos.

De este modo, pueden cambiar su color, forma, viscosidad, generar electricidad, pasar de transparente a opacos, etc.Cabría la posibilidad de que llegasen a tener capacidad de autoreparación.

Nuevos materialesMateriales adaptativosCaracterísticas- Suelen presentar sensores de reconocimiento y medida de la intensidad del estímulo externo, ante el cual el material reacciona.

- Presentan actuadores intrínsecos o embebidos que responde a dicho estímulo.

- Tienen mecanismos para controlar tanto el tipo de respuesta como el nivel de la misma, de una forma predeterminada.

- El sistema regresa al estado original en cuanto cesa el estímulo.

Nuevos materialesMateriales adaptativosClasificación- Materiales con memoria de forma (aleaciones, polímeros, cerámicos).

- Materiales electro y magnetoactivos (electro y magneto- reológicos, piezoeléctricos, electro magneto-restrictivos).

- Materiales luminiscentes (electroluminiscentes LED, fotoluminiscentes, termoluminiscentes, triboluminiscentes).

- Materiales cromoactivos (fotocrómicos, termocrómicos, electrocrómicos).

Vidrio electrocrómicoPrenda fotovoltaica

Material fotoluminiscente

Mueble interactivo

Nuevos materialesMateriales biocompatiblesDefiniciónUn biomaterial es un compuesto inerte diseñado para ser implantado o incorporado dentro de un sistema vivo, con el objetivo de mejorar, sustituir o regenerar tejidos vivos y sus funciones.

Dado que están en contacto con tejidos y/o fluido corporal, deben resistir la corrosión evitando el envenenamiento del ser vivo dentro del cual se encuentran.

Nuevos materialesMateriales biocompatiblesDe naturaleza polimérica: teflón, nylon, dacron, siliconas, tienen la ventaja de ser elásticos, baja densidad y fáciles de fabricar; desventajas: baja resistencia mecánica y se degradan con el tiempo.

Metálicos: aceros 316, 316 LS y de bajo contenido de carbono, aleaciones de titanio; resistencia al impacto y al desgaste, pero débiles ante la corrosión y no resuelven la discontinuidad con los tejidos vivos.

Cerámicos: óxido de aluminio, aluminatos de calcio, óxidos de titanio; buena biocompatibilidad, resistencia a la corrosión e inercia química; no resisten impactos, no son elásticos y son difíciles de producir.

Nuevos materiales: se están desarrollando nanocomposites, cerámicas metal-carbono, metal-nitrógeno, aleaciones intermetálicas; los inconvenientes son su coste y las dificultades de producción.

Nuevos materialesMateriales biocompatiblesClasificación por su respuesta biológica

Bioinertes: aceptados por el cuerpo, pueden resistir largos períodos dentro de él; se emplean para implantes permanentes, cirugía maxilofacial y craneal (titanio, cromocobalto, circonio, magnesio).

Bioabsorbibles o biodegradables: se diseñan para biodegradarse gradualmente y ser reemplazados por el tejido huésped; se emplean en sutura re-absorbible, reconstrucciones óseas, material de relleno en cirugía (algunos polímeros o cerámicas como la hidroxiapatita porosa, el fosfato tricálcico y el cemento de hidroxiapatita).

Bioactivos: reaccionan químicamente con los fluidos corporales formando un fuerte enlace interfacial, se emplean para implantes dentales y prótesis ortopédicas (compuestos de titanio/hidroxiapatita, vidrios bioactivos o cerámicas vítreas).

Nuevos materialesFibra ópticaDefinición

La fibra óptica es un conductor de ondas en forma de filamento, generalmente hecho de vidrio o de plástico; funciona transmitiendo a través del núcleo un haz de luz de modo que éste no penetre por el recubrimiento sino que se refleje y siga propagándose.

Aplicaciones

- Iluminación de ascensores- Iluminación de piscinas- Anillos de luz (RingLight) o iluminación lineal.- Iluminación de displays, rótulos, cielos estrellados, murales, etc.

Nuevos materialesFibra ópticaFibra óptica para iluminación: se compone de cientos de monofibras, todas ellas recubiertas por una protección plástica de Megolon o similar (sustitutivo del PVC).

Fibra óptica de plástico acrílica: usualmente se usan el metacrilato de metilo o el polimetacrilato de metilo (PMMA);elevada transmisión de luz, transparencia, resistente a la radiación ultravioleta, transparente a los colores, gran estabilidad dimensional, bajo coste.

Nuevos materialesLedDefinición

Del inglés Light-Emiting Diode, es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz incoherente de espectro reducido cuando circula por él una corriente eléctrica; pueden emitir cualquier color de luz hasta ultravioleta e infrarroja.

El color depende del compuesto empleado en su elaboración: arseniuro de galio, infrarrojo, arseniuro de galio-aluminio, rojo, fosfuro de galio, verde, seleniuro de zinc, azul, etc)..

El primer led fue desarrollado en 1927 por Oleg Vladimirovich Losev, pero no empezó a ser usado comercialmente hasta los años sesenta.

Nuevos materialesLedAplicaciones

- Mandos a distancia de televisores.- Electrodomésticos- Equipos de aire acondicionado y de música.- Computadoras, agendas electrónicas, teléfonos móviles y calculadoras.- Señales de tráfico y de emergencia.- Paneles informativos.- Faros para vehículos y bicicletas.- Alumbrado público.

Nuevos materialesLedCaracterísticas

- Elevada eficiencia energética (ahorro entre el 70 y 80% en comparación con las lámparas convencionales).- Fiabilidad.- Resistencia a las vibraciones.- Mejor visión ante diversas circunstancias ambientales.- Menor disipación de energía.- Menor impacto medioambiental.- Capacidad de operar intermitentemente de modo continuo.- Respuesta muy rápida (a diferencia de las lámparas fluorescentes).

Nuevos materialesMateriales para rapid manufacturingDefinición: se define como la producción de productos o componentes para uso final, por medio de la tecnología de fabricación por capas (ALM-Additive Layer Manufacturing); a partir de un documento virtual 3D es posible elaborar un producto con material real, siendo su origen las técnicas RP o Rapid Prototyping.

Características: las piezas o productos elaborados con ALM tienen que presentar resistencia, funcionalidad, reducción de costes, alto acabado superficial, precisión dimensional, fiabilidad, admitir multimateriales.

Nuevos materialesMateriales para rapid manufacturingClasificación

Sistemas basados en líquidos: fotopolimerización (resinas fotosensibles), estereolitografía (resinas de fotopolímero líquido de propiedades similares al ABS, PP, PE y PC).

Inyección de polímeros: se emplea cabezal de inyección de tinta para depositar resina acrílica.

Sistemas basados en polvos: se trata de sinterizados por láser, sinterizados selectivos por láser plástico en polvo, sinterizado directo por láser de metal en polvo, impresión inkjet e impresión 3D por inyección.

Sistemas basados en sólidos: deposición de material sólido fundido o modelado por deposición fundida.

Nuevos materialesMateriales para rapid manufacturingCaracterísticasFísicas: se exige la máxima calidad de acabado superficial, calidad en los detalles, elección de color y grado de transparencia.

Color: precisión en el color, impresión simultánea de varios colores, prestaciones ópticas, permitir desde materiales transparentes a opacos.

Viscosidad: la baja viscosidad es requerida al permitir fácil pintado y limpieza.

Porosidad: cuanto menor es el tamaño del grano, más disminuye la porosidad y aumenta la densidad de la pieza resultante, consiguiendo mayor cohesión entre capas y mejor acabado.

Propiedades mecánicas: las piezas elaboradas con estos sistemas deben poder competir con las piezas elaboradas por sistemas de fabricación convencional, con análogos comportamientos ante las cargas.

Nuevos materialesMateriales para rapid manufacturingAplicaciones

- Piezas y productos unitarios o en pequeñas series pero plenamente funcionales.- Herramientas de fabricación como moldes para inyección y útiles para moldear.- Productos para los sectores de alimentación, textiles, implantes, prótesis, audífonos, restauraciones dentales, piezas de motor, lámparas y joyería.- Productos personalizados o customizados.

Ventajas ecológicas

- Reducción en el consumo de energía, materiales y contaminación, en comparación con los sistemas industriales convencionales.- Los restos de material se pueden reciclar fácilmente hasta 8 veces.

Nuevos materialesMateriales ecológicosDefinición y ventajas

Son materiales alternativos a los convencionales que presentan determinadas ventajas en los aspectos ecológicos, entre las que se encuentran las siguientes:

- Menor intensidad energética (consumo de energía en las diferentes fases).- Uso de fuentes energéticas renovables y/o limpias.- Permiten la máxima eficiencia y los sistemas productivos son eficientes.- Permiten reducir los impactos sobre la zona natural de donde se extraen.- Son autóctonos o la distancia entre los lugares de fabricación y de uso son lo más cercanas posible.- Incorporan materiales reciclados permitiendo el ahorro de materiales vírgenes; son reciclables y existe mercado para el material una vez reciclado.- Permiten reducir o eliminar los contaminantes al agua, tierra, aire y atmósfera, y también la lumínica y acústica.- Sus prestaciones son plenamente comparables con las de los materiales convencionales frente a los que suponen una alternativa.