La Universidad de Cornell y Lithoz obtienen una subvención para desarrollar una nueva cerámica de impresión 3D para reactores de energía limpia

Oct 04, 2023

La Universidad de Cornell, junto con su puesta en marcha Dimensional Energy y Lithoz, recibió una subvención para desarrollar cerámicas novedosas que podrían usarse para imprimir en 3D partes de reactores de energía limpia.

Habiendo recaudado $50,000 en fondos, los investigadores de las empresas ahora tienen como objetivo crear un nuevo tipo de cerámica que sea más capaz de soportar las altas temperaturas de los reactores termocatalíticos en funcionamiento. Usando el modelado por computadora y la impresión 3D, el equipo dice que podría ser posible colocar capas del material resultante en estructuras, moldeadas específicamente para mejorar tanto la resiliencia como las tasas de conversión de CO2 del reactor.

"Las excelentes propiedades térmicas y la resistencia a la corrosión hacen que la cerámica sea atractiva para estos reactores, pero las importantes restricciones de diseño limitan su rendimiento real", dijo Sadaf Sobhani, profesor asistente de la Universidad de Cornell que dirige el programa. "La libertad de diseño y elección de materiales que permite la fabricación aditiva de cerámica reducirá la brecha entre la teoría y el rendimiento para alcanzar los hitos deseados".

Tecnología de impresión 3D LCM de Lithoz

Los investigadores de la Universidad de Cornell han trabajado con Lithoz durante al menos dos años en iniciativas para mejorar el rendimiento de las piezas del reactor termocatalítico, un socio con una amplia experiencia en la impresión 3D de cerámica. Desarrollada inicialmente en la Universidad Tecnológica de Viena en 2006, la tecnología de impresión 3D LCM de Lithoz permite la producción de estructuras cerámicas complejas con una resolución ultra alta.

En la práctica, el proceso consiste en polimerizar un material fotocurable disperso con partículas cerámicas capa por capa en las formas deseadas, antes de sinterizarlas para formar piezas cerámicas sólidas. Según Lithoz, su enfoque permite la producción de componentes que "cumplen o superan el rendimiento mecánico y la reproducibilidad" de los fabricados mediante métodos tradicionales de fabricación de cerámica.

Para comercializar su tecnología, la empresa la ha integrado en varias máquinas, incluida la impresora 3D CeraFab Multi 2M30, que cuenta con capacidades de fabricación aditiva de múltiples materiales. Al facilitar la producción de combinaciones cerámica-metal, cerámica-polímero y cerámica-cerámica, el sistema permite la creación de piezas graduadas funcionalmente, con una mezcla de propiedades mecánicas.

Más recientemente, Lithoz lanzó la CeraFab Lab L30, una impresora 3D LCM económica, así como la nueva CeraMax Vario V900, construida para la producción de objetos grandes de hasta 250 x 250 x 290 mm de tamaño, con paredes gruesas. y densidades completas.

A lo largo de los años, la empresa también ha buscado desarrollar nuevos materiales cerámicos, como una forma de extender las aplicaciones de sus tecnologías. En 2019, por ejemplo, Lithoz desarrolló una cerámica de vidrio de impresión 3D junto con Corning, que fue anunciada como un gran avance en ese momento para la creación de superconductores resistentes y biocompatibles.

Una iniciativa de energía verde liderada por Cornell

Otorgado por FuzeHub, una organización sin fines de lucro fundada para impulsar el crecimiento de las empresas con sede en Nueva York, la financiación de $ 50,000 se ha otorgado efectivamente para ayudar a las operaciones de Dimensional Energy. La empresa dirigida por la Universidad de Cornell utiliza reactores de energía para convertir el dióxido de carbono en productos químicos que luego se pueden procesar en combustible de aviación limpio.

Si bien Dimensional Energy obtuvo el respaldo de United Airlines en junio, con la compañía proporcionando fondos y comprometiéndose a comprar 300 millones de galones de combustible, la puesta en marcha se basa en la tecnología termocatalítica, que puede ser difícil de escalar.

Dichos reactores especializados funcionan efectivamente al convertir el CO2 capturado, pero como dice la propia Universidad de Cornell, dividir los "enlaces moleculares notoriamente fuertes" del gas "no es una tarea fácil". Para optimizar el proceso, un grupo de investigación dirigido por Cornell ha comenzado a trabajar con socios de la industria para crear cerámica imprimible en 3D, que podría descomponer las emisiones de carbono de manera más eficiente.

Sobre la base de los hallazgos de investigaciones anteriores, en las que el equipo trabajó con Lithoz America para desarrollar un modelo computacional y un enfoque basado en la impresión 3D, ahora tienen como objetivo crear piezas de reactores de rendimiento optimizado. Al hacerlo, la directora ejecutiva de FuzeHub, Elena Garuc, cree que los investigadores impulsarán la economía de los EE. UU. al brindar un mejor acceso a una fuente de energía limpia en tierra.

"Una producción interna más sólida respalda una economía más resistente", explicó Garuc. "Durante esta ronda de subvenciones para la fabricación, muchos de los proyectos que se seleccionaron involucraron materiales avanzados. A medida que los beneficiarios trabajan para resolver desafíos técnicos, también apoyan la relocalización de la producción, que es crucial para la resiliencia de la cadena de suministro, especialmente en estos tiempos posteriores a la producción". tiempos de pandemia".

Impresión 3D de cerámica en la práctica

A pesar de la fragilidad tradicionalmente asociada con la cerámica, los investigadores y fabricantes están encontrando cada vez más formas de evitar esto para imprimir el material en 3D en piezas con aplicaciones aeroespaciales, energéticas e incluso de radar.

En mayo de 2022, la Agencia Espacial Francesa anunció que estaba investigando el uso de la impresión 3D en la optimización de subsistemas espaciales. Específicamente, la agencia reveló que estaba investigando el potencial de cómo los materiales cerámicos de óxido impresos en 3D podrían usarse para mejorar el diseño de subsistemas cruciales para la propulsión espacial.

De manera similar a Dimensional Energy, Bosch Advanced Ceramics, junto con la empresa química BASF y el Instituto de Tecnología de Karlsruhe, han utilizado el material para construir el primer microrreactor de cerámica impreso en 3D del mundo. Presentado en julio de 2022, el dispositivo está diseñado para albergar y facilitar las reacciones químicas, además de resistir las condiciones a menudo extremas creadas durante el proceso.

A fines del año pasado, CeramTec también reveló que estaba viendo una demanda creciente de piezas de sonda piezoeléctricas impresas en 3D con aplicaciones submarinas. La firma fabrica componentes PZT personalizados para sistemas pasivos y activos con casos de uso de sonar acústico, centrándose particularmente en la producción de hemisferios, discos, bloques y tubos.

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La imagen destacada muestra a Dimensional Energy probando un reactor en el Cornell McGovern Center. Foto vía Universidad de Cornell.

Paul se graduó en historia y periodismo y le apasiona encontrar las últimas noticias sobre tecnología.