#Startup3D: Mechnano crea materiales de fabricación aditiva con propiedades superiores

Aunque la fabricación aditiva se centra en gran medida en los propios procesos, los materiales desempeñan un papel fundamental en las propiedades y características finales de una pieza. Por este motivo, cada vez vemos más investigación y desarrollo centrados específicamente en la creación de nuevos materiales para la impresión 3D, ya sean compuestos, metales o plásticos. Entre las empresas que trabajan en soluciones innovadoras, encontramos a Mechnano, con sede en Arizona. Se trata de la primera en introducir nanotubos de carbono en resinas para mejorar sus propiedades, entre ellas la resistencia o al permitir clasificaciones ESD consistentes. Hemos hablado con Mechnano para saber más sobre sus resinas, la importancia de los materiales antiestáticos y mucho más.

3DN: ¿Podrías presentarte y contar tu relación con la impresión 3D?

Por supuesto. Me llamo Olga Ivanova, también conocida como la Dra. O, y soy la Directora de Aplicaciones y Tecnología de Mechnano. Me doctoré en Química, especializándome en nanomateriales. Durante mi búsqueda de una oportunidad posdoctoral, mi objetivo era explorar una nueva tecnología o dominio científico al tiempo que realizaba una valiosa contribución a un equipo. Fue entonces cuando me topé con una oferta de trabajo en Virginia Tech, relacionada con nanocomposites para impresión 3D.

Olga Ivanova.

En aquel momento, no tenía ningún conocimiento sobre la impresión 3D, y dediqué mi tiempo a entenderla mediante una investigación exhaustiva que incluía la lectura de artículos, la realización de búsquedas en Internet y la visualización de vídeos de los procesos. No tardé en desarrollar un profundo afecto por esta tecnología. Aproveché la oportunidad y conseguí el trabajo, lo que marcó el inicio de mi andadura en la fabricación aditiva.

3DN: ¿Cómo nació Mechnano?

La visión inicial de los fundadores de Mechnano, Steven Lowder y Scott Gillette, consistía en integrar nanotubos de carbono (CNT) discretos en materiales de impresión 3D para mejorar sus propiedades. Gracias a su interacción con la comunidad de fabricación aditiva y a un amplio estudio de mercado, estas ideas evolucionaron sustancialmente. Mechnano obtuvo un fuerte apoyo de las principales partes interesadas, que confirmaron que si los CNT discretos podían ofrecer las mejoras previstas en las propiedades de los materiales, esta tecnología permitiría a la fabricación aditiva rivalizar eficazmente con los métodos tradicionales.

Mientras trabajábamos en la funcionalización de los CNT para la fabricación aditiva y validábamos a fondo nuestras formulaciones iniciales de materiales utilizando esta nanotecnología, afrontamos con éxito los retos asociados a la introducción de una nueva tecnología en el mercado como startup. Fue durante este proceso cuando empezamos a darnos cuenta de la magnitud del hueco de mercado que podría llenarse ofreciendo resinas ESD nanouniformes, es decir, resinas capaces de producir piezas con un índice ESD uniforme en comparación con el variable que se encuentra en los productos de la competencia y que causa dificultades en la fabricación de productos electrónicos. En consecuencia, refinamos nuestro plan de negocio y nuestra estrategia de salida al mercado para alinearlos con nuestros descubrimientos.

Mechnano es conocida por sus resinas mejoradas gracias al uso de CNT.

Como resultado, nuestro enfoque principal gira en torno a los productos ESD. Ofrecemos Masterbatches a nuestros socios formuladores como base sólida para crear materiales innovadores. Este enfoque único de «Colaborador vía Masterbatch» nos ha permitido introducir en el mercado una gama de productos ESD. Entre ellos se incluye una resina ESD resistente, tres resinas ESD rígidas adaptadas para cumplir los requisitos de temperatura de los procesos de sala, horneado e interconexión en la fabricación de productos electrónicos. Todas ellas cuentan con un rendimiento ESD nanouniforme, de creciente importancia en las industrias de semiconductores, envasado y microelectrónica.

3DN: ¿Cómo funcionan los materiales ESD de Mechnano? ¿Qué ventajas ofrece en la fabricación aditiva?

En primer lugar, haré una breve introducción a la descarga electrostática (ESD). La ESD es el flujo repentino de electricidad que se produce cuando dos objetos con cargas eléctricas opuestas entran en contacto. Puede provocar desde una descarga leve hasta un Arc Flash potencialmente mortal. Incluso una baja tensión ESD de 20 voltios puede dañar las piezas microelectrónicas, lo que a menudo es causado por el personal durante la fabricación y el montaje. El resultado puede ser un rendimiento defectuoso, daños permanentes, tiempo de inactividad del equipo y costosas reparaciones o sustituciones de piezas. Además, la ESD es especialmente peligrosa en entornos con sustancias inflamables.

Existen tres categorías de materiales utilizados para prevenir y gestionar las descargas electrostáticas. Los materiales conductores tienen baja resistencia y permiten que los electrones se desplacen fácilmente, transfiriendo la electricidad al suelo o a otros objetos conductores. Los materiales disipadores tienen un flujo más lento y controlado de cargas hacia el suelo. Por último, los materiales antiestáticos evitan la acumulación de electricidad estática y reducen las cargas estáticas.

Las resinas de Mechnano tienen numerosas aplicaciones.

Mechnano utiliza su tecnología patentada D’Func (nanotubos de carbono discretos, dispersos y funcionalizados) para aportar propiedades disipadoras de la electricidad estática a las piezas sin comprometer el rendimiento mecánico del material de base. El objetivo principal es superar la tendencia natural de los CNT a aglomerarse en grandes haces consiguiendo un estado discreto. Posteriormente, permitirá funcionalizar las paredes laterales para evitar que vuelvan a aglomerarse. Controlamos con precisión los niveles de carga de CNT para lograr la resistencia superficial deseada. Al incorporar D’Func a los componentes fabricados, se garantiza una ESD nanouniforme, lo que facilita el movimiento seguro y gradual de las cargas eléctricas a tierra. Esto es algo crucial para proteger los componentes electrónicos sensibles, especialmente los sistemas con un alto valor monetario.

3DN: ¿Puedes darnos algún ejemplo de aplicación de los materiales ESD?

Hay multitud de componentes que requieren prestaciones de disipación estática. Hasta hace poco, la fabricación aditiva de componentes ESD seguros se limitaba a grandes geometrías sin características finas. El mecanizado y el moldeo eran las únicas opciones para fabricar piezas que requerían un acabado superficial liso o características complejas. Mechnano ha cambiado esta situación con la capacidad de producir resinas de fotopolimerización estables y seguras para ESD. Estas resinas permiten sustituir las piezas mecanizadas o moldeadas por la impresión 3D. Esto facilita la impresión en cuba para el desarrollo de nuevos productos (NPD) o boquillas de tecnología de montaje superficial (SMT) de bajo volumen, bandejas JEDEC, pinzas, conectores circulares, puntas dispensadoras y otros componentes diversos. También allana el camino para manejar procesos de alta temperatura, lo que aporta aún más emoción a la tecnología.

Un ejemplo concreto de aplicación a altas temperaturas es la fabricación rápida de un soporte responsable de llevar una placa de circuitos a través de un proceso de reflujo a una temperatura de 245°C. Para llevar a cabo esta tarea, nuestro cliente utilizó CAD para diseñar el soporte y lo envió a un taller mecánico. Allí se mecanizó un soporte de aluminio y se entregó en un plazo de dos semanas. Posteriormente, se llevó a cabo un proceso de verificación para evaluar el ajuste del soporte a la placa de circuito. En caso de desajuste, se necesitaban dos semanas más para obtener un nuevo soporte. Lamentablemente, un retraso de este tipo suponía a menudo la pérdida del proyecto. Para mitigar este riesgo, durante la fase de diseño del portador se introdujo intencionadamente un “factor de manipulación”, ampliando ligeramente el tamaño del bolsillo para garantizar el funcionamiento satisfactorio durante el primer intento. Sin embargo, este enfoque también dio lugar a un rendimiento deficiente debido a un ajuste subóptimo.

Más recientemente, Mechnano ha presentado un material ESD resistente a altas temperaturas.

Utilizando nuestra resina ESD de alta temperatura, nuestro cliente puede construir y curar el soporte con las dimensiones precisas antes de que se le entregue la placa. En caso de que la placa de circuito no encaje, se pueden realizar rápidamente las modificaciones de diseño necesarias. A continuación, se puede imprimir la versión actualizada, lo que permite el uso inmediato de un soporte resistente al calor y de ajuste preciso en la planta en adelante.

3DN: ¿Cuáles son los proyectos futuros de Mechnano?

Nuestros socios formuladores han expresado su interés en funcionalizar los CNT para incorporar conductividad, blindaje EMI y endurecimiento Rad a las resinas de impresión 3D. Aunque estos desarrollos son sin duda apasionantes, los proyectos de mayor envergadura se centrarán en nuestros polvos y gránulos para sinterización láser. Hemos recubierto con éxito policetona, poliamida y PEEK con D’Func, transformando así estos polvos originalmente aislantes en disipadores de estática con un impacto mínimo en sus propiedades mecánicas. Además, Mechnano ha integrado con éxito D’Func en gránulos de policarbonato para conseguir capacidades de descarga electrostática. Nuestro equipo está desarrollando activamente otros dos productos, y estamos deseando compartir estas interesantes innovaciones con todos. ¡Estad atentos a las novedades!

3DN: ¿Algunas últimas palabras para nuestros lectores?

Si actualmente confías en el aluminio mecanizado, las piezas compuestas, o utilizas el moldeo por inyección para cumplir los requisitos de ESD, es muy recomendable que considere la fabricación aditiva para aplicaciones que requieran plazos de entrega rápidos, necesiten rangos de ESD excepcionalmente precisos o deban soportar temperaturas extremadamente altas. Es probable que pueda fabricar componentes ESD nanouniformes en 3D, que no sólo cumplan las expectativas de rendimiento, sino que las superen. Puedes obtener más información sobre Mechnano en nuestro sitio web, aquí.

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*Créditos de todas las fotos: Mechnano