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Jun 02, 2023

Inyección

El vidrio es uno de los materiales más antiguos de la humanidad y todavía se utiliza ampliamente para todo, desde recipientes para beber y envases hasta óptica y comunicaciones. Desafortunadamente, los métodos para trabajar con

El vidrio es uno de los materiales más antiguos de la humanidad y todavía se utiliza ampliamente para todo, desde recipientes para beber y envases hasta óptica y comunicaciones. Desafortunadamente, los métodos para trabajar con vidrio están estancados en el pasado. La mayoría de los métodos requieren mucho calor en el rango de 1500 °C a 2000 °C, y todos están limitados en la complejidad de las formas que se pueden crear.

En lo que respecta a la creación de formas, el vidrio se puede soplar y el vidrio fundido se puede prensar en moldes. El vidrio también se puede moler, grabar o fundir en un horno. El vidrio sería fantástico para muchas aplicaciones si no fuera por la geometría limitada. Debido a las limitaciones de la formación del vidrio, algunas lentes ópticas se fabrican con polímeros, aunque el vidrio tiene mejores características ópticas.

Idealmente, el vidrio podría moldearse por inyección como el plástico. Los beneficios de esto serían dobles: serían posibles formas más complejas y su tiempo de fabricación sería mucho más rápido. Bueno, la espera ha terminado. Investigadores de la Universidad de Friburgo (Alemania) han descubierto una manera de aplicar el moldeo por inyección al vidrio. Y no es un vidrio cualquiera: han fabricado vidrio de cuarzo fundido transparente de alta calidad y lo hicieron a temperaturas más bajas que los métodos tradicionales. El equipo utilizó difracción de rayos X para verificar que el vidrio es amorfo y libre de cristales, y pudo confirmar su transparencia óptica de tres maneras: microscopía de luz, UV-visible y mediciones infrarrojas. Lo único que reveló fue una pequeña cantidad de polvo, lo que es de esperarse fuera de una sala limpia.

Esta es una noticia emocionante por dos grandes razones: el moldeo por inyección abre la puerta a formas complejas y también consume menos energía que los métodos tradicionales de conformado de vidrio. El equipo comenzó este viaje en 2017 pirateando una impresora 3D para arrojar pasta de vidrio en lugar de plástico. Para ello, fabricaron un polvo imprimible a partir de nanopartículas de sílice y un polímero curable con luz ultravioleta. Si bien ciertamente funcionó para crear formas complejas, la impresión y el curado fueron un proceso lento que se realizó uno a la vez.

Pero ahora han mejorado el proceso para que funcione con moldeo por inyección. Entonces, ¿cuál es el secreto? Más polímeros de la era espacial. Comenzaron de nuevo con nanopartículas de sílice y agregaron polietilenglicol (PEG) y polivinilbutrial (PVG). Esto produjo una pasta que introdujeron en una extrusora, y la extrusora arrojó el vidrio plastificado en pequeños e intrincados moldes con forma de diminutos engranajes, discos y torres.

Una vez fuera del molde, las piezas se mantienen unidas gracias a las interacciones de van der Waals que se producen entre las partículas de sílice. Se trata de fuerzas electrostáticas débiles que unen las moléculas entre sí. Para lograr una unión más permanente, los investigadores primero sumergieron las piezas en agua durante varias horas para eliminar el PEG. Luego cuecen las piezas en dos etapas: una a 600° C para quemar el PVB y una segunda vez a 1300° C para fusionar las partículas de sílice. En este punto, el plástico ya no existe y lo único que queda es vidrio.

El Dr. Frederik Kotz, uno de los investigadores y líder del grupo de la startup de materiales Glassomer, dijo lo siguiente sobre su descubrimiento:

Vemos un gran potencial, especialmente para pequeños componentes de vidrio de alta tecnología con geometrías complicadas. Además de la transparencia, el bajísimo coeficiente de dilatación del vidrio también hace que esta tecnología sea interesante. Los sensores y la óptica funcionan de forma fiable a cualquier temperatura si los componentes clave están hechos de vidrio.

Aunque el moldeo por inyección es más rápido que el proceso de impresión y curado del equipo de hace unos años, hay un inconveniente: el lavado del PEG debe realizarse durante varios días para evitar que el vidrio se agriete. Seguramente a alguien se le ocurrirá una manera de hacerlo más rápido. Quizás incluso antes de la próxima vez que el mundo necesite viales de vidrio para miles de millones de dosis de una nueva vacuna.

Imágenes vía Glassomer