es.wedoany.com Noticia: Un equipo de investigación de la Universidad Nacional de Seúl (Seoul National University) ha desarrollado un nuevo tipo de material estructural ultraligero. Mediante un método de fabricación denominado bobinado de nodos 3D (3D node winding), han construido redes de fibra de carbono a escala mesoscópica con una relación resistencia-peso comparable a la del aluminio, pero con solo una centésima parte de su peso. Los resultados, publicados en Nature Communications, presentan un nuevo método para construir estructuras resistentes y ligeras sin necesidad de uniones o ensamblajes por capas, eliminando un cuello de botella clave en el diseño estructural: el ensamblaje de componentes discretos para formar formas tridimensionales complejas.
Para aplicaciones como drones, robots, vehículos y sistemas aeroespaciales, los materiales de alta resistencia y bajo peso son esenciales. Aunque los compuestos tradicionales de fibra de carbono ofrecen una excelente relación resistencia-peso, suelen fabricarse apilando o ensamblando múltiples piezas, lo que limita la flexibilidad de diseño y genera interfaces débiles. Los compuestos avanzados impresos en 3D también dependen de la fabricación capa por capa, introduciendo límites internos que dificultan la transferencia de carga, obligando a los diseñadores a elegir entre complejidad estructural y fiabilidad mecánica.
En lugar de ensamblar o apilar materiales, el equipo de investigación coloca directamente una sola fibra de carbono continua en el espacio tridimensional para definir la estructura. El proceso comienza con un soporte temporal que define la geometría de los nodos, alrededor de los cuales se enrolla la fibra larga de carbono para formar una red reticular espacial. Una vez definida la geometría, se impregna con resina y se consolida para obtener un compuesto sólido. Dado que la fibra permanece continua en toda la estructura, las fuerzas se transmiten sin interrupciones, evitando las concentraciones de tensión y los puntos de fallo asociados a las uniones e interfaces.
La nueva estructura reticular de fibra de carbono alcanza una resistencia a la compresión de 10 a 30 megapascales, comparable a la del hormigón, al tiempo que ofrece una relación resistencia-peso similar a la del aluminio con una masa mínima. Gracias a las trayectorias de carga continuas, estas estructuras pueden ser hasta diez veces más resistentes que las reticuladas tradicionales del mismo peso, al distribuir las fuerzas de manera más eficiente y minimizar el material inactivo. Para validar el método, los investigadores aplicaron la estructura al chasis de un dron. El chasis rediseñado redujo el peso estructural en aproximadamente un 79% en comparación con los diseños tradicionales, aumentando el tiempo de vuelo en un 33% en las mismas condiciones operativas.
El Dr. Jun Young Choi y el profesor Sung-Hoon Ahn señalan que la complejidad espacial de las arquitecturas de fibra continua ha limitado su escalabilidad en la fabricación tradicional, pero con los avances en robótica y fabricación impulsada por IA, estas estructuras ahora pueden producirse a gran escala, y este trabajo proporciona una hoja de ruta para su aplicación práctica. El impacto de esta tecnología abarca múltiples campos como la industria aeroespacial, los sistemas de movilidad, la robótica y la construcción. En el sector aeroespacial, puede mejorar la autonomía, la capacidad de carga útil y la eficiencia energética; en robótica, aumentar la velocidad y precisión de los movimientos; y en la construcción, abre vías para marcos de carga que ahorran material. Este método respalda la transición de la ingeniería basada en componentes a sistemas estructurales integrados definidos por la geometría, la continuidad y la fabricación automatizada.
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