Filamento de nailon con grafeno de carbono: doble resistencia frente a la fibra de carbono
Con una resistencia a la tracción en el eje Z de 60 MPa, la nueva malla de grafeno supera a 3DXTech en 2,5 veces y supera significativamente al Nylon 12CF estándar del sector de Stratasys.
El nailon relleno de fibra de carbono se ha hecho mucho más resistente con el lanzamiento del filamento de fibra de carbono PA1205 de Lyten, con sede en Silicon Valley, una empresa de materiales avanzados y tecnología de baterías centrada en la comercialización de un material de carbono tridimensional patentado.
La semana pasada, en la feria Performance Racing Industry (PRI), Lyten presentó un filamento para impresión 3D que, según la empresa, podría remodelar la fabricación de alto rendimiento en los deportes de motor, la industria aeroespacial y la defensa.
Lo que distingue al Lyten PA1205 es el «supermaterial» patentado por la empresa, el grafeno Lyten 3D. A diferencia de los filamentos de ingeniería tradicionales, que utilizan fibra de carbono troceada como refuerzo, el PA1205 emplea una estructura de carbono diseñada para actuar a una escala mucho menor, más cerca de las propias moléculas del polímero.
Según Lyten, el resultado es un material que proporciona un aumento sustancial de la fuerza y la resistencia al impacto, al tiempo que resuelve uno de los antiguos puntos débiles de la fabricación de filamentos fundidos: la escasa adherencia entre capas.
Más allá del nailon con fibra de carbono
La mayoría de los filamentos de nailon de alto rendimiento del mercado actual están reforzados con fibras de carbono cortas y troceadas. Aunque son eficaces para aumentar la rigidez, estas fibras se comportan como pequeñas varillas rígidas incrustadas en el plástico. Tienden a reforzar las piezas principalmente en la dirección de las fibras, mejorando en general la resistencia en el plano, pero dejando los componentes impresos vulnerables a lo largo del eje Z. Muchos ingenieros conocen las ventajas y desventajas: piezas más rígidas, pero también más frágiles y propensas a fallar entre capas.
El planteamiento de Lyten es fundamentalmente distinto. En lugar de añadir fibras, utilizó grafeno, una forma de carbono formada por una sola capa de átomos dispuestos en una estructura de panal bidimensional. Tiene esencialmente un átomo de grosor y es el componente básico de otros materiales de carbono como el grafito y los nanotubos de carbono. En el filamento, el material forma una red tridimensional de carbono a escala nanométrica, dispersa por todo el nailon. En lugar de actuar como refuerzos aislados, esta estructura de carbono interconectada funciona más bien como una fina malla tejida a través del polímero.
La implicación práctica, según los datos técnicos publicados por la empresa, es un refuerzo más uniforme en todas las direcciones de impresión. Según Lyten, el PA1205 proporciona grandes aumentos de resistencia a la tracción en los ejes X e Y en comparación con los filamentos PA12 rellenos de fibra de carbono típicos, ganancias significativas en el eje Z -donde las piezas FDM son tradicionalmente más débiles- y una resistencia al impacto mucho mayor.
En este caso se aplica una analogía utilizada a menudo por los ingenieros de materiales: el nailon con fibra de carbono es como añadir palitos al hormigón, mientras que la red de carbono de Lyten se asemeja a un entramado de refuerzo continuo que lo toca todo. Al reforzar el material a escala molecular, en lugar de utilizar fibras discretas, Lyten afirma que es posible aumentar simultáneamente la resistencia y la tenacidad, sin tener que sacrificar una en favor de la otra.
Diseñado para entornos extremos
Lyten posiciona el PA1205 para aplicaciones en las que el peso, la resistencia al calor y la fiabilidad mecánica son fundamentales. Las especificaciones publicadas del filamento indican una alta temperatura de deflexión térmica (aproximadamente 162 °C en comparación con, por ejemplo, Markforged Onyx a 145 °C) y una densidad de alrededor de 1,08 g/cm³ (Markforged Onyx = 1,2 g/cm³), lo que lo sitúa directamente en la categoría de plásticos de ingeniería ligeros y de alta temperatura.
Asimismo, la empresa afirma que el filamento se ha diseñado para funcionar en impresoras FDM industriales estándar sin necesidad de hardware especializado, una afirmación que, si se confirma en la práctica, podría reducir la barrera de adopción para los equipos de carreras y los fabricantes que ya utilizan procesos aditivos. El nuevo material tiene un precio de 150 USD / 1 kg.
«Al utilizar nuestros supermateriales de grafeno 3D, nuestro PA1205 mejora realmente todas las métricas de resistencia sin comprometer la capacidad de fabricación», afirma Dan Cook, consejero delegado de Lyten, en un comunicado hecho público durante el evento.
Del automovilismo a la industria aeroespacial
Aunque el automovilismo es el campo de pruebas más visible para el nuevo filamento, Lyten tiene claras sus ambiciones más amplias. La empresa se dirige a los mercados aeroespacial y de defensa, donde la fabricación aditiva se utiliza cada vez más para componentes estructurales ligeros, herramientas y series de producción de bajo volumen.
El PA1205 ya se utiliza internamente en Lyten Motorsports, la filial de la empresa con sede en Indianápolis que produce piezas impresas en 3D y de materiales compuestos para aplicaciones de competición. Lyten afirma que el material se utiliza en componentes funcionales, aunque la certificación y validación independientes determinarán en última instancia su idoneidad para sistemas críticos de seguridad.
El lanzamiento del filamento se produce mientras Lyten sigue ampliando el alcance de su plataforma de grafeno 3D, que se aplica en baterías, sensores, materiales compuestos y adhesivos. Los observadores del sector señalan que la estrategia de la empresa refleja una atención cada vez mayor a los materiales, más que a las máquinas, como la próxima palanca importante para avanzar en el rendimiento de la fabricación aditiva.
A medida que ingenieros y fabricantes llevan la impresión 3D a aplicaciones exigentes del mundo real, materiales como el PA1205 ponen de relieve una cuestión central para el sector: si las nuevas formas de refuerzo con carbono pueden superar por fin los compromisos mecánicos que han limitado durante mucho tiempo las piezas impresas. Para Lyten, PRI 2025 supone su intento más claro de responder a este desafío.
- *ISO 179 Charpy entallado y ASTM D256 Izod ebtallado no son medidas de resistencia al impacto directamente comparables.
- **Las mediciones de flexión según ISO y ASTM son comparables en cuanto a tendencia y orden de magnitud, pero no son intercambiables.
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Licencia: El texto del artículo "Filamento de nailon con grafeno de carbono: doble resistencia frente a la fibra de carbono" de All3DP Pro está bajo una licencia de Atribución 4.0 CC BY 4.0..