La construcciĆ³n de un aviĆ³n es una tarea que debe estar pensando en detalle. Sus materiales deben cumplir con los requisitos estrictos en tĆ©rminos de resistencia mecĆ”nica, rendimiento y reducciĆ³n de peso, ademĆ”s de otras funciones, como el aislamiento acĆŗstico y tĆ©rmico. Para cumplir con todos estos requisitos, las estructuras de materiales o los materiales compuestos generalmente se acomodan al mismo tiempo.
Hoy, hasta el 50% del volumen del plano moderno, como 787. Dreamline o Airbus A350 hecho de materiales compuestos, principalmente con hidrocarburos a carbĆ³n. Nos referimos al plĆ”stico tratado para darles una estructura rĆgida y permanente que no se suaviza durante el calentamiento, sino que se degrada.
Estos son materiales ultraligeros que proporcionan una excelente relaciĆ³n con la resistencia al peso, de acuerdo con los requisitos exigentes de la industria de la aeronave y permiten un consumo de combustible y una mayor eficiencia durante el verano.
¿CĆ³mo reciclar materiales compuestos?
Estos avances tecnolĆ³gicos traen un gran desafĆo: el reciclaje de estos materiales compuestos sigue siendo muy limitado. No se debe solo a su complejidad interna, porque es termostable, no puede derretirse debido a su procesamiento. TambiĆ©n salen a jugar sus grandes dificultades para separar sus componentes y diferentes capas de material.
Actualmente, la AsociaciĆ³n Europea de Materiales Compuestos (EUCIA) estima que entre el 40 y el 70% de los desechos de estos materiales terminan en vertederos o quemados sin recuperaciĆ³n de energĆa. Su capacidad de reciclaje actual en la UniĆ³n Europea representa solo el 5% de los desechos complejos totales, incluidos termoestables y termoplĆ”sticos. El material termoplĆ”stico que cambia en temperaturas relativamente altas estĆ” definida o flexible, se derrite cuando se calienta y se solidifica en condiciones de vidrio en la actitud cuando se enfrĆa lo suficiente.
De acuerdo con las mismas lĆneas, la AsociaciĆ³n Internacional de TrĆ”fico AĆ©reo (IATA) estima que en la prĆ³xima dĆ©cada se eliminarĆ”n mĆ”s de 11,000 aviones comerciales y de carga. Y cada uno generarĆ” las toneladas de desechos que, si no reciclan, tambiĆ©n terminarĆ”n en los vertederos.
Soluciones basadas en un material
Dado este problema, es necesario volver a examinar el diseƱo de materiales de aeronaves y una prioridad no solo el rendimiento, sino tambiƩn la reciclabilidad.
La estrategia prometedora es el desarrollo de materiales estructurales producidos por un material bĆ”sico que cumpla con mĆŗltiples funciones, lo que simplifica la recuperaciĆ³n al final de su siglo Ćŗtil.
En este contexto, Peek (Polyter-Eter-Edone) se presentĆ³ como una alternativa a un alto rendimiento, con excelentes propiedades mecĆ”nicas, tĆ©rmicas y quĆmicas. AdemĆ”s, se recicla y procesa termoplĆ”stico.
Este enfoque incluye un cambio del paradigma, porque varios polĆmeros se usan tradicionalmente en la aviaciĆ³n y la mayorĆa es tormalmente. Aunque resistente, esto no se puede reciclar o procesar, lo cual es un desafĆo ambiental y econĆ³mico. En cambio, Peek se puede derritir y procesarse varias veces.
El poder del diseƱo geomƩtrico
Sin embargo, para que un material reemplace mezclas tradicionales complejas, debe poder responder a varios requisitos estructurales y funcionales, como resistencia mecĆ”nica, absorciĆ³n acĆŗstica o aislamiento tĆ©rmico. Es aquĆ donde el diseƱo microestructural se seƱala, se entiende como una configuraciĆ³n muy pequeƱa del material.
Como en estructuras grandes como rascacielos o puentes, donde establecemos vigas estrechas en posiciones clave para soportar cargas altas, podemos diseƱar microestructuras que, a pesar de la pequeƱa, actĆŗen de manera uniforme, casi como si fueran material homogĆ©neo.
Requisitos de geometrĆa de cĆ³mo comportarse, frente a los cargos, sonidos, etc. Podemos adaptarlo a mĆŗltiples requisitos, sin combinar diferentes capas de material. Esto simplifica la producciĆ³n y, lo cual es importante, su reciclaje.
La naturaleza como fuente de inspiraciĆ³n
Un tipo de geometrĆa muy interesante son las superficies periĆ³dicas mĆnimas tres veces (TPMS). Estas superficies matemĆ”ticas tienen una curvatura promedio de cero, lo que las hace prometiendo sus propiedades mecĆ”nicas (gracias a su geometrĆa continua, no tienen nodos en los que sean esfuerzos concentrados, lo que serĆa un Ć”rea de falla mĆ”s fĆ”cil) y acĆŗstica.
La naturaleza ya estĆ” utilizando estas geometrĆa, por ejemplo, en los esqueletos de la eriza del mar o ala de algunas mariposas.
Hay muchos TPM diferentes. Gracias a un extenso estudio y caracterizaciĆ³n, hoy tenemos un catĆ”logo extenso que le permite elegir la geometrĆa mĆ”s adecuada en lĆnea con cargas mecĆ”nicas, peso y propiedades acĆŗsticas y tĆ©rmicas.
AdemĆ”s, dado que estas geometrĆa descrita en funciones matemĆ”ticas, es posible introducir densidad y forma de gradiente en toda la pieza para optimizar cada punto.
InnovaciĆ³n para una economĆa circular
En el Instituto de Materiales IMDE en Madrid, trabajamos en una combinaciĆ³n 3D de impresiĆ³n con un nuevo proceso de espuma fĆsica utilizando el CoU, creando micropors dentro de la impresiĆ³n. Nuestro objetivo es crear estructuras de vista en diferentes escalas que mejoren la persistencia y reduzcan el peso.
Con esta tƩcnica, podemos superar ciertos requisitos que parecen contradictorios, obteniendo materiales que son resistentes, no estƔn excediendo, y al mismo tiempo son ligeros.
Esta estrategia imita la naturaleza. Por ejemplo, elementos como los ciervos tempranos, muchos moluscos o nuestros dientes resistidos por los choques sin romperse, porque los microporos ralentizan la propagaciĆ³n de grietas y absorben mucha energĆa.
¿Y lo mĆ”s importante? Cuando usa solo Peek y Co, al final del material Ćŗtil del siglo, solo queda un polĆmero que facilita el reciclaje limpio y eficiente, sin contaminaciĆ³n.
Para avanzar en el aviĆ³n hacia la economĆa circular, es crucial para el diseƱo de materiales que piensan en lo que haremos con ellos al final de su vida Ćŗtil. Apuesto a las soluciones monomateriales como Peeps y aproveche el diseƱo geomĆ©trico abre la puerta a las estructuras ligeras, funcionales y de reciclaje. La sostenibilidad comienza brevemente desde el diseƱo mismo.
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