- Los científicos desarrollan moldes de impresión 3D solubles en agua para la fabricación de tanques de almacenamiento de hidrógeno.
- Los moldes fabricados con polímeros solubles en agua pueden soportar gases a alta presión.
- La nueva tecnología simplifica el proceso de producción de grandes recipientes a presión, reduciendo la complejidad.
- Este logro demuestra el potencial comercial de las tecnologías de fabricación avanzada.
Los científicos han desarrollado un nuevo tipo de molde de impresión 3D que se disuelve en agua, lo que permite fabricar tanques ligeros de almacenamiento de hidrógeno sin revestimiento interno y capaces de soportar alta presión de otros gases. Este molde, también conocido como mandril, fue diseñado por un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE). En este proyecto, el equipo colaboró estrechamente con la empresa aeroespacial Infinite Composites, la empresa de fabricación aditiva JuggerBot 3D y la Universidad Estatal de Oklahoma.
El director del proyecto, el doctor Ahmed Arabi Hassen, reveló que la tecnología utiliza un polímero soluble en agua especialmente formulado para fabricar el mandril, que luego se emplea para fabricar recipientes a presión compuestos de tipo V. Estos recipientes están hechos completamente de material compuesto y no requieren revestimiento interno permanente. Además, pueden almacenar hidrógeno, gas natural comprimido, nitrógeno y helio, y son aplicables en las industrias aeroespacial, de defensa, transporte y energía.
Desafíos y soluciones de la nueva tecnología
La producción de tanques ligeros de almacenamiento de gas es relativamente difícil, especialmente en la creación y eliminación de los moldes internos utilizados para dar forma. Los ingenieros dependen de costosos moldes metálicos o de herramientas complejas que requieren desmontaje para su extracción. Hassen discutió la importancia y el potencial de los recipientes a presión compuestos de tipo V. Declaró: «Los recipientes a presión compuestos de tipo V sin revestimiento representan la próxima frontera en el almacenamiento ligero de gas a alta presión, pero su fabricación sigue siendo extremadamente desafiante, especialmente en la producción y eliminación de herramientas internas complejas».
Para abordar este desafío y crear mandriles temporales, los investigadores recurrieron a la tecnología de fabricación aditiva a gran escala, comúnmente conocida como impresión 3D. Utilizaron un polímero de formulación especial soluble en agua para imprimir moldes de la forma requerida. Luego, los ingenieros enrollaron fibra de carbono sobre el mandril para crear la estructura externa del recipiente. Una vez curado el material compuesto, disolvieron el molde temporal en agua. Así, el equipo diseñó un tanque hueco de fibra de carbono sin revestimiento interno permanente y aplicó un revestimiento de barrera de gas al recipiente.
Ventajas del diseño y significado comercial
El equipo de investigación señaló que esta tecnología no requiere sistemas mecánicos complejos para eliminar las herramientas internas, y también elimina la necesidad de disolventes en el proceso de extracción del molde, simplificando la producción de grandes recipientes a presión. Hassen explicó que este método también garantiza una alta precisión dimensional. «Nuestro mandril de impresión 3D soluble en agua representa un paso importante para superar este obstáculo y permite la producción escalable y rentable de recipientes de tipo V», añadió.
Este diseño también reduce el peso total del tanque y evita los problemas causados por el revestimiento interno permanente. Además, reemplazar las herramientas metálicas tradicionales con moldes de impresión 3D puede reducir la complejidad de fabricación, acortar el tiempo de producción y降低成本. Esto tendrá una importancia significativa para las industrias que requieren sistemas ligeros de almacenamiento de gas que operen a alta presión. «Este logro demuestra cómo la tecnología de fabricación avanzada y las sólidas asociaciones industriales pueden ayudar a acercar estas tecnologías a la realización comercial», resumió Hassen en un comunicado de prensa. El equipo realizó la investigación en la Instalación de Demostración de Fabricación del Departamento de Energía de EE. UU., y el proyecto recibió apoyo de la Oficina de Minerales Críticos e Innovación Energética del DOE.
Avance técnico en los nuevos tanques de almacenamiento de hidrógeno
Esta nueva tecnología, mediante moldes de impresión 3D solubles en agua, simplifica significativamente el proceso de fabricación de tanques ligeros de almacenamiento de gas. Los métodos tradicionales requieren costosos moldes metálicos y el proceso de eliminación de los moldes internos es laborioso; la aparición de esta tecnología no solo reduce la complejidad de fabricación, sino que también disminuye los costos y el tiempo de producción. A medida que aumenta la demanda de almacenamiento de gases a alta presión como el hidrógeno, el potencial comercial de esta tecnología también crece, teniendo una importancia significativa para industrias como la aeroespacial y la de defensa.