El metal más ligero jamás inventado es un 99,9 % de aire

Microlattice es 100 veces más ligero que la espuma de poliestireno

¿Cómo se construye el metal más ligero del mundo? Que sea principalmente de aire, según los científicos.

El material, conocido como "microlattice", fue desarrollado por científicos de los Laboratorios HRL en Malibu, California, que es co-propiedad de Boeing y General Motors. El nuevo microlattice está formado por una red de diminutos tubos huecos y es aproximadamente 100 veces más ligero que la espuma de poliestireno.

En un esfuerzo por ahorrar combustible, empresas automotrices y aeroespaciales trabajan constantemente para hacer materiales lo más ligeros posible sin sacrificar su integridad estructural. El proceso utilizado para construir los nuevos microlattices tiene gran promesa, dicen los investigadores, debido a que los materiales creados no sólo son increíblemente ligeros, sino también muy fuertes.

Boeing presentó el material en un reciente vídeo, mediante la demostración de cómo un pequeño pedazo de metal microlattice podría ser equilibrado encima de una delicada cabeza de semillas de diente de león.

"La gente cree que el metal debe ser parte de luz, por lo que asumen que hicimos una nueva aleación", dijo Sophia Yang, químico de los Laboratorios HRL. "Esto se hace realmente de níquel-fósforo, un metal muy conocido, pero somos capaces de diseñar cómo se arquitectura el metal con el fin de crear una estructura que todavía puede sostenerse por sí misma y, sin embargo, ser tan ligera que puede sentarse encima de un diente de león y no perturbarle".

Las notables propiedades del material se basan en los mismos principios que permiten que la Torre Eiffel soporte una estructura del tamaño de un rascacielos a una fracción del peso de un edificio convencional. La innovación de HRL fue traducir estos principios a escalas muy pequeñas.

La red de tubos huecos interconectados del microlattice imita la estructura de los soportes del puente, dijeron los investigadores. Pero, en este caso, las paredes de los tubos tienen sólo 100 nanómetros de espesor - 1.000 veces más delgadas que el ancho de un cabello humano - lo que significa que el material es un 99,99 por ciento de aire.

La estructura se construye a partir de un innovador proceso de fabricación aditiva, similar a la impresión 3D. Pero mientras que en la impresión 3D se acumulan estructuras capa por capa, la solución desarrollada por los Laboratorios HRL utiliza polímeros especiales que reaccionan a la luz para formar la estructura completa de una sola vez.

Por el brillo de una luz ultravioleta a través de un filtro especial con dibujos sobre la forma líquida del polímero, puede formarse una red tridimensional interconectada en cuestión de segundos. Esta estructura puede entonces ser recubierta con una amplia variedad de metales, materiales cerámicos o materiales compuestos (dependiendo de la aplicación) antes de que se disuelva el polímero, dejando conectados los tubos huecos del microlattice.

Los investigadores pueden variar la rigidez de la estructura para ajustar la composición química del polímero, o ajustar el patrón del filtro. Esto significa que pueden crear tanto estructuras altamente flexibles adecuadas para la absorción de daños y las muy fuertes diseñadas para proporcionar soporte estructural, dijo Yang.

"La forma de ver esta tecnología en crecimiento es como un proceso fundamental de fabricación. Se puede aplicar a un número de diferentes aplicaciones", dijo. "Estamos trabajando en la ampliación del proceso. Hacemos I + D, pero estos materiales no podemos dejarlos en el laboratorio - tenemos que encontrar la manera de hacerlos a una escala más grande".

Boeing está colaborando con la NASA y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), la rama del Departamento de Defensa de EE.UU. responsable del desarrollo de las tecnologías militares de última generación, para construir nuevos materiales para naves espaciales y vehículos hipersónicos. El ligero metal también podría utilizarse en proyectos dirigidos a desarrollar partes de próxima generación para los copropietarios del laboratorio.

En una vía prometedora de la investigación, microlattices están siendo utilizado en las llamadas estructuras sándwich que se han convertido en el estándar para el diseño de peso ligero en la industria aeroespacial. Uniendo láminas delgadas de un material rígido a un núcleo grueso pero ligero, es posible crear estructuras muy rígidas que no son pesadas, dijeron los investigadores.

Normalmente, los núcleos de estas estructuras se realizan con espuma o materiales ligeros dispuestos en un patrón de panal simple, pero utilizando un microlattice en su lugar no sólo podría reducirse el peso, sino también aumentar drásticamente la resistencia de las estructuras. Este es el tema central de la obra de HRL Lab con la NASA y DARPA.

A pesar de la promesa del enfoque microlattice, Yang dice que probablemente pasarán años antes de que el metal pueda ser ampliamente utilizado en el mercado, porque hay reglas estrictas que rodean los materiales aeroespacial y de automoción. Pero, debido a que el proceso de fabricación microlattice es a la vez rápido y barato, confía en que el metal ultraligero pronto podría ser un lugar común.

"Es un costo competitivo y estará reemplazando a algunos de los materiales y procesos de fabricación necesarios para piezas de automóviles existentes", dijo Yang. "Y si se trata de conseguir lo suficientemente barato para poner en un coche, sin duda debe ser lo suficientemente barato para colocarse en un avión".