Aplicables a estructuras aeroespaciales, vehículos eléctricos o implantes óseos

Investigadores de la UPM desarrollan nuevos metamateriales de titanio

Redacción Interempresas24/11/2023

Investigadores de la UPM llevan años trabajando en el diseño de nuevos materiales de titanio gracias a la impresión 3D y al desarrollo de aleaciones avanzadas. Su trabajo, con potencial aplicación en una nueva generación de implantes óseos, puede también tener impacto en la fabricación de vehículos eléctricos y nuevas estructuras aeroespaciales, entre otros.

Un equipo de investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) en colaboración con el Imperial College de Londres, la Universidad de Oxford y la empresa Meshworks ha llevado a la fabricación aditiva (FA), también conocida como impresión 3D, un paso más allá al combinarla con nuevas aleaciones de alto rendimiento, como el titanio y las aleaciones de aluminio. De ese modo han logrado crear nuevos materiales con capacidades mejoradas que pueden ser aplicados en distintos campos, desde la biomedicina hasta los vehículos eléctricos pasando por el ámbito aeroespacial, entre otros’

“El uso de estos metales junto a estructuras de redes ‘lattice’ permite la creación de componentes más ligeros y eficientes que desafían las limitaciones de la fabricación convencional y añaden funcionalidad a la estructura”, explica Daniel Barba, investigador del High Performance Alloys Lab (Laboratorios de Aleaciones Avanzadas) de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (ETSIAE) y líder del proyecto financiado por la Agencia Estatal de Investigación en el que también participan investigadores de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos Canales y Puertos (ETSICCP) dirigidos por Francisco Gálvez.

Daniel Barba, investigador del High Performance Alloys Lab.

Puesto que uno de los desafíos radica en la complejidad del comportamiento de estas estructuras bajo condiciones extremas de temperatura, cargas y ambientes corrosivos, de la que solo existen estudios limitados, los investigadores se están centrando en estos aspectos. “Estamos investigando cómo optimizar las condiciones de fabricación, el diseño de la aleación y el diseño del metamaterial y entender cómo influye todo esto en sus propiedades mecánicas bajo condiciones extremas, como altas temperaturas, altas velocidades de deformación, fatiga o corrosión, condiciones que se pueden dar separadas o combinadas por ejemplo en un impacto en una aeronave o dentro del cuerpo humano”, explica Barba.

Implantes biomédicos que ya se están utilizando

Los resultados de esta investigación posibilitan el desarrollo de implantes biomédicos más seguros y con características adaptadas a cada paciente. “El desarrollo tecnológico de la impresión 3D está permitiendo la creación de implantes mucho más personalizados, con geometría específica para cada paciente, en los que el hueso tiene capacidad de crecer en su interior”. Gracias esto, la empresa británica Meshworks, parte integrante en la investigación, ya ha diseñado y fabricado casi 50 implantes personalizados que han sido implantados exitosamente en pacientes de Reino Unido.

Pero esta no es la única aplicación que tiene el trabajo de los investigadores de la UPM. También puede tener importantes consecuencias en los campos aeroespacial, de la defensa, o incluso en para la integración de baterías en automóviles eléctricos. “Nuestra investigación puede aplicarse al desarrollo de estructuras aeroespaciales más ligeras con mejores prestaciones estructurales, como en el borde de ataque del ala del avión donde la capacidad de absorción de impactos y la resistencia estructural de los materiales usados son criterios críticos de diseño”, explica el investigador de la UPM.

También podrá contribuir a que los vehículos eléctricos sean más ligeros y seguros en el futuro mediante el diseño por impresión 3D de estructuras auxiliares a las baterías, contribuyendo a la reducción del consumo de energía en los transportes y a la descarbonización. “Uno de los objetivos del proyecto es el desarrollo de una prueba de concepto de metamaterial que integre funcionalidades estructurales del vehículo, así como la protección contra posibles impactos a la batería permitiendo un ahorro de peso substancial”.

Para los investigadores, la importancia de su trabajo radica en sus múltiples posibilidades de aplicación en sectores de gran impacto. “Representa un emocionante paso adelante en el desarrollo de nuevos metamateriales funcionales llamados a mejorar la funcionalidad de los implantes óseos y de las estructuras de protección frente a impacto en la industria aeroespacial y automovilística verde. Con su impacto científico, tecnológico y económico, tiene el potencial de cambiar la forma en que se producen y diseñan componentes en estas industrias clave para Europa”, concluyen.

Proyecto financiado por:

Proyecto PID2020-116440RA-I00 financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 - Optimización de metamateriales metálicos por fabricación aditiva para aplicación en condiciones extremas ADDITIXTREME
Ayuda EQC2019-006491-P financiada por MCIN/AEI /10.13039/501100011033 y por FEDER Una manera de hacer Europa.
SMArt-alloys (APOYO-JOVENES-21-T9S0YC-102-O4X5XS) - “Acción financiada por la Comunidad de Madrid en el marco del Convenio Plurianual con la Universidad Politécnica de Madrid en la línea de actuación estímulo a la investigación de jóvenes doctores”

Patente registrada de metamaterial para implante Scaffold for bone ingrowth

https://patents.google.com/patent/WO2021009515A1/en?inventor=daniel+barba&oq=daniel+barba