Nuevo material piezorresistivo para utilizar como sensor de deformación

2021/09/01  El pasado mes de marzo finalizó el proyecto Polysensor 4.0, financiado por el Ministerio de Industria, Comercio y Turismo a través del programa de ayudas de apoyo a Agrupaciones Empresariales Innovadoras (AEI), y en el que han participado el Centro Español de Plásticos (CEP), el Centro Tecnológico GAIKER y las empresas Análisis y Simulación, S.L. (AyS) y Larrañaga Plásticos, S.A.

La industria 4.0 necesita dotar de funcionalización a los productos, sensar para poder recoger información y gestionar las funcionalidades o hacer un mantenimiento preventivo. En muchas aplicaciones una de las propiedades más importantes de los sensores físicos es conocer el estado tensional o la deformación del producto para lo que actualmente se utilizan los sensores resistivos (galgas extensométricas) que miden la deformación, tensión y fuerza, pero dada su complejidad, se aplican exclusivamente en piezas estructurales y análisis del tipo Structural Health Monitoring.

Como alternativa a esta tecnología y para lograr una integración más directa existen materiales avanzados como los piezorresistivos que actúan como sensores para registrar deformaciones y es posible integrarlos durante el proceso de moldeo. Estos materiales tienen la ventaja de poder fabricarse a un coste mucho menor e integrarse con diversas tecnologías que facilitan la elaboración de productos de diferentes clases con aplicación en un amplio abanico de sectores industriales.

Con el objetivo de investigar este tipo de materiales por las ventajas de integración y sensibilización que proporcionan surgió, el pasado año, el proyecto POLYSENSOR 4.0, en el que se ha desarrollado un nuevo material piezorresistivo polimérico que puede actuar como sensor de deformación y que se puede combinar en pieza con otros materiales termoplásticos mediante el proceso por inyección o impresión 3D por fusión de filamento (FDM), de tal forma que permite la máxima integración y funcionalidad en un proceso industrial y facilita el acceso de la industria del plástico a nuevos productos funcionales 4.0.

Este proyecto se ha llevado a cabo en diferentes fases. En primer lugar, se han seleccionado los materiales más adecuados para el proceso de inyección e impresión 3D, de cara a lograr la máxima integración de los nuevos materiales con funcionalidad sensora en piezas plásticas 3D. En segundo lugar, se han formulado los materiales piezorresistivos de matriz termoplástica adecuados. Posteriormente, se ha investigado en dos procesos de integración con el objetivo de conseguir que el material sensor aporte información actualizada sobre el estado en el que se encuentra el producto o la estructura, para lo que es necesario que forme parte del objeto del cual se quiere conocer su estado y obtener así la información. Y, por último, se ha realizado un estudio del procesado del material sensor para conocer la forma en que este se puede usar en diferentes aplicaciones o productos donde aporte valor añadido o genere nuevas aplicaciones.

Finalizadas estas fases se ha comprobado que los objetivos planteados al inicio de la investigación se han cumplido:
1.   Los materiales de base polimérica desarrollados con funcionalidad de sensores de deformación son adecuados para ser procesados e integrados mediante los procesos de inyección e impresión 3D por FDM.
2.   La sensibilidad de los materiales sensores desarrollados es bastante alta, con factores de galga de 20.
3.   La inyección multimaterial en piezas que contienen el material sensor desarrollado supone una integración fácil y de alta producción de elementos activos dentro de los productos plásticos.

4. La integración y utilización del material sensor en impresión 3D mediante la técnica de FDM facilita el diseño de piezas complejas sensorizadas al poder ser integrados dentro del propio proceso de impresión, lo que maximiza su funcionalidad y reduce la complejidad del producto en su uso final.

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Clara Bilbao, bilbaoc@gaiker.es

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