Estudiar la estructura de los huesos para dar más solidez a la impresión 3D

Científicos de universidades de Purdue, Cornell y Case Western Reserve han tenido su inspiración en la estructura de los huesos humanos para la creación de estructuras impresas en 3D que sean más duraderas. Este desarrollo es de gran beneficio para la industria de la construcción.  Con ello, se lograrían diseñar estructuras con capacidad de soportar cargas pesadas. Así como nuestros huesos resisten tensiones constantes a través de toda la vida. Los investigadores buscaron imitar el hueso humano, con sus diferentes trabéculas para utilizarlo en la impresión 3D. Las trabéculas son filamentos sumamente finos que conforman una estructura esponjosa. Descubrieron que al aumentar el grosor de las trabéculas, el material soportaría 100 veces más.

Vemos que la fabricación aditiva es tantas veces es inspirada en la naturaleza, en sus movimientos y sus reacciones. Por ello, está muy vinculada a la biomimética, pudiendo reproducir ciertas funciones de la vida. Los investigadores de este proyecto intentaron comprender todo esto al estudiar el vínculo existente entre la estructura del hueso y la estructura de un edificio. Así consiguieron aumentar la solidez de impresión 3D. Los dos están hechos de enlaces verticales y horizontales cruzados, similares a espaciadores o columnas.

Pablo Zavattieri, profesor de la Universidad de Purdue, nos explica: «El hueso es un edificio. Tiene columnas que transportan la mayoría de las cargas y vigas que conectan estas columnas. Podemos aprender de esto para crear materiales impresos en 3D más fuertes para edificios o incluso otras estructuras». Por ello, los investigadores analizaron la naturaleza con el fin de crear un material más sólido, ideal en la industria de la construcción. Debido a la impresión 3D, probaron fácilmente los resultados.

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Durante el proceso…

Los investigadores iban descubriendo que al imitar la forma de los huesos, haciéndolo con un 30% más de grosor, el material artificial duraba hasta 100 veces más. El hueso toma la durabilidad de sus trabéculas. Al ser más densas más resistente es el hueso, que cambia a medida que envejecen los humanos. Esto es así cuando hay muchos puntales horizontales porque son los que aumentan la resistencia del hueso. Hernández quien es profesor de ingeniería mecánica, biomédica y aeroespacial en Cornell, añade: «A medida que las personas envejecen, primero pierden estos puntales horizontales, lo que aumenta la probabilidad de fractura ósea bajo múltiples cargas cíclicas».

Como ves, en este punto es donde es interesante aplicar ese conocimiento a la arquitectura. Se reforzarían los edificios en caso de los desastres naturales.  El laboratorio de Pablo Zavattieri comprobó los resultados de su investigación usando polímeros de impresión 3D en forma de arquitectura de tipo trabecular. En las simulaciones se reveló que cuanto más gruesos son los puntales horizontales, más duradero será el polímero bajo carga. Adwait Trikanad quien fue coautor del trabajo, señala: “Cuando realizamos simulaciones de la microestructura ósea bajo una carga cíclica, pudimos ver que las tensiones se concentraban en estos espaciadores horizontales, y al aumentar el grosor de estos aquí pudimos aliviar algunas de las limitaciones observadas».

Igualmente, el engrosamiento de los espaciadores horizontales no habría tenido impacto significativo en el peso del polímero. Notamos, entonces, que podemos elaborar materiales fuertes y al mismo tiempo, livianos. Pablo Zavattieri dice: “Crear un material más sólido sin hacerlo más pesado significaría que se podrían construir estructuras impresas en 3D en el sitio y luego transportarlas. Este conocimiento del hueso humano podría ser un catalizador para traer más materiales a la industria de la construcción».

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