Pero cómo unir todos esos materiales de forma rápida y económica ha sido un problema complicado. Un laboratorio de la Universidad de Michigan está desarrollando soluciones.
El primer método viable para soldar plástico y metal directamente entre sí se desarrolló recientemente bajo el liderazgo de Pingsha Dong, el profesor universitario de ingeniería Robert F. Beck, y ahora se informa en el Journal of Manufacturing Processes.
Dong detalla cómo su equipo logró una hazaña que se creía imposible durante décadas. También analiza un proceso de aluminio y acero que podría permitir la impresión 3D de aluminio sobre acero.
¿Cómo podría mejorar los automóviles la capacidad de soldar materiales muy diferentes?
«Los modelos de computadora nos muestran que podemos hacer que las estructuras de automóviles y camionetas sean hasta un 40 % más livianas construyéndolas con una combinación de metales y plásticos. Un peso más liviano brinda una variedad de ventajas, principalmente una mayor eficiencia. Los vehículos a gasolina pudieron ver mejor economía de combustible, mientras que los vehículos eléctricos pueden tener más alcance. Los vehículos con estructuras multimaterial también pueden manejar mejor y ofrecer una mayor seguridad».
«Tradicionalmente, el problema es que la única forma de unir metal y plástico ha sido con adhesivos o sujetadores mecánicos, lo cual es demasiado lento y costoso para cualquier cosa que no sean vehículos especiales de bajo volumen. Los procesos que estamos desarrollando podrían cambiar eso y traer vehículos multimaterial estructuras y componentes del reino de lo exótico a la corriente principal».
«Nuestras nuevas técnicas de soldadura también podrían mejorar los paquetes y recintos de baterías EV. Hoy en día, son estructuras de múltiples capas que generalmente se mantienen unidas con adhesivos y sujetadores mecánicos. Son muy difíciles de desmontar para repararlas o reciclarlas. Los paquetes de baterías soldados podrían ser se desmontan y se vuelven a montar mucho más fácilmente, y también podrían ser más ligeros, más baratos de fabricar y más fáciles de mantener frescos».
Hablemos de metal y plástico. ¿Por qué es tan difícil soldarlos juntos? ¿Cómo funciona su proceso?
«La soldadura se trata de crear enlaces entre dos materiales a nivel molecular. La sabiduría convencional durante décadas ha sido que el plástico y el metal son fundamentalmente incompatibles, y no hay razón para tratar de soldarlos juntos. Sin embargo, descubrimos que la combinación correcta de calor y la presión en las áreas correctas puede hacer que el carbono y el oxígeno del plástico se unan al metal».
«Usamos una máquina lista para usar que se parece a una taladradora con un cabezal giratorio cilíndrico. El metal se coloca sobre el plástico y el cabezal se baja sobre los dos materiales. Esto crea calor y presión, uniendo el dos materiales juntos en una soldadura por puntos o una soldadura lineal».
¿Qué materiales se pueden unir con este proceso? ¿Y cuándo podrían usarlo los fabricantes?
«Cualquier metal se puede unir directamente con cualquier plástico que contenga una cantidad adecuada de compuestos de oxígeno y carbono. La clave es calcular el ‘punto óptimo’ de calor y presión que soldará una determinada combinación de materiales, y podemos trabajar con los fabricantes». Para determinar eso. Para los plásticos que no tienen suficientes compuestos de oxígeno y carbono, como el polipropileno, podemos colocar una película de plástico económica entre los dos materiales para ‘sembrar’ el enlace con el oxígeno y el carbono».
«Hemos patentado el proceso y ya estamos trabajando con los fabricantes de equipos para desarrollar equipos comerciales que puedan otorgarse licencias a los fabricantes de automóviles y otros fabricantes. Diría que veremos esta tecnología en la industria dentro de los próximos dos años».
¿Qué hay de su investigación sobre el acero y el aluminio?
«La capacidad de combinar acero y aluminio podría permitir no solo la soldadura, sino también nuevas formas económicas de imprimir aleaciones de aluminio en 3D sobre acero. Los intentos anteriores han llevado a la formación de compuestos frágiles en la interfaz entre los dos metales, lo que reduce la resistencia de la aleación».
«Nuestro proceso utiliza una combinación precisa de calor y presión para evitar que se formen esos compuestos, y podría ofrecer nuevas formas de combinar el peso ligero del aluminio con la alta resistencia del acero».
