3D

Jun 03, 2023

Las termitas son un arma de doble filo. Con una tremenda densidad de energía y ansiosa por producir un calor tremendo cuando se enciende, la termita es excelente para soldar vías de tren. Pero a veces es posible que busques un poco más de delicadeza. Un nuevo enfoque para la impresión de termitas en 3D podría ser capaz de domesticar a la bestia.

La mayoría de nosotros soldamos mientras estamos sentados de forma segura en interiores en un clima agradable. Los mayores peligros que probablemente enfrentaremos son quemaduras en las yemas de los dedos, olvidar el termorretráctil o liberar accidentalmente el monstruo de humo. Pero fuera de nuestros hogares y talleres, se producen muchas uniones extremas de metales. No importa dónde se haga, soldar y soldar en el campo requiere una gran cantidad de equipos, algunos de los cuales son difíciles de manejar y aún más difíciles de mover en condiciones difíciles.

La utilidad de la soldadura fuerte está limitada por todo el complejo andamiaje de hardware necesario para soportarla. Este factor limitante y el descubrimiento de la termita llevaron a la soldadura exotérmica, que utiliza un material energético para proporcionar suficiente calor para fundir un metal de aportación y unir las piezas. Los materiales energéticos pueden almacenar mucha energía química y liberarla con fuerza en un corto período de tiempo.

Las termitas están hechas de óxido metálico y polvo metálico, a menudo óxido de hierro y aluminio. Cuando se encienden con una fuente de alto calor, los compuestos de termita sufren una reacción exotérmica de oxidación-reducción (redox) a medida que el aluminio reduce la cantidad de electrones en los átomos de óxido de hierro. Más calor hace que la reacción sea más rápida, generando más calor, y así sucesivamente. El resultado es escoria de hierro fundido y óxido de aluminio.

Uno de los primeros usos de la termita fue conectar vías de ferrocarril, y todavía se usa para ese propósito en la actualidad. Aquí hay un excelente video del proceso de soldadura con termita en acción.

La termita es peligrosa porque produce un calor extremadamente alto, pero tiene muchos beneficios. Por un lado, es bueno para unir metales diferentes. Aunque las conexiones engarzadas son bastante confiables, las uniones de termita son más fuertes y pueden soportar voltajes más altos. Es fácil de usar para hacer uniones superpuestas: simplemente haga un sándwich de soldadura con las piezas de trabajo, coloque termita encima y enciéndalo con una cinta de magnesio o la introducción a la pirotecnia para todos: una bengala.

La termita es, como era de esperar, escalable, porque la producción de calor resultante está directamente relacionada con la masa de la termita. Tradicionalmente, la reacción de la termita se ajusta variando la composición química: un poco más de óxido, un poco menos de polvo de aluminio hasta que hace lo que se desea. Todo esto está muy bien, aunque un poco peligroso, en entornos normales, como la colocación de vías de tren. En un entorno austero como el espacio, el océano o el campo de batalla, el peligro de utilizar altas temperaturas es mucho más pronunciado.

Recientemente, un estudiante de doctorado en ingeniería mecánica de la Universidad de Vanderbilt creó una pasta de termita 4D imprimible que podría hacer que la soldadura exotérmica sea mucho más segura, especialmente en entornos austeros.

Esta pasta está hecha de óxido de hierro, polvo de aluminio y yeso en polvo. El yeso en polvo une los polvos formando una pasta imprimible cuando se mezcla con agua. Aunque se añadió ácido tartárico al agua, tuvieron apenas 45 minutos para pasarlo por la impresora: una extrusora de pasta Discov3ry 1.0 conectada a una Ultimaker 2+. En sus experimentos, el equipo logró utilizar la pasta para fusionar aluminio y hacer una simple junta traslapada de cobre.

Al imprimir la pasta en zigzags precisos y otras geometrías que llaman arquitecturas de materiales reactivos (RMA), el equipo pudo exhibir un mayor control sobre la reacción de la termita. Cuando se distribuye en estos patrones, la termita se comporta como una fuente de calor programable que arde más como una mecha y es inherentemente más segura de almacenar, transportar y usar.

Las formas de estos RMA se eligieron para explorar la forma en que cada uno afectaría la reacción de la termita. El primero era un zigzag simplificado, un patrón en forma de S alargado con ángulos rectos pronunciados diseñado para medir la velocidad de propagación cuando se enciende un extremo.

El complejo patrón en zigzag de arriba fue diseñado para estudiar la influencia de la termita encendida para cerrar la brecha y encender nuevas secciones que arden perpendicularmente a la reacción inicial. La tercera arquitectura, un par de zigzags simples colocados paralelos, pero con un ligero ángulo, se utilizó para probar la propagación de la reacción de termita paralela a la reacción inicial. Las tres arquitecturas se imprimieron y curaron en un horno de aire forzado, luego se encendieron y filmaron con una cámara de alta velocidad equipada con una pantalla de soldadura.

Hay muchas aplicaciones de unión que se beneficiarían de una fuente de calor tan controlable. Las arquitecturas de termita para soldadura submarina o espacial podrían diseñarse e imprimirse con anticipación y luego encenderse de forma remota, ahorrando dinero, gastos de equipo y potencialmente algunas vidas.

Hemos visto algunos trucos con termitas en nuestros días, muchos de los cuales fueron más destructivos que constructivos. Dado que la termita no es algo que se pueda comprar simplemente en la tienda, comience por leer las recetas.