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Investigadores Identificaron una Estructura Cristalina Inusual en Metales Producidos por Impresión 3D, Capaz de Aumentar Significativamente la Resistencia del Material. El Descubrimiento Puede Representar un Salto Tecnológico en la Fabricación de Piezas para Sectores como el Aeroespacial, Automotriz e Industrial
Un grupo de científicos descubrió una forma rara de cristal que puede revolucionar la fabricación de metal impreso en 3D.
Durante un análisis rutinario en el microscopio, el ingeniero Andrew Iams, del NIST (National Institute of Standards and Technology), se encontró con algo inusual.
Al observar una nueva aleación de aluminio a escala atómica, notó un patrón extraño. Un arreglo de átomos que no seguía las reglas normales de cristalización. Fue entonces cuando se dio cuenta: podría estar mirando un quasicristal.
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Este descubrimiento, realizado junto con otros investigadores, no solo confirmó la presencia de quasicristales en la aleación, sino que reveló algo aún más importante: aumentaban la resistencia del material.
La investigación fue publicada en el Journal of Alloys and Compounds y puede cambiar la forma en que se utiliza el aluminio en impresoras 3D.
¿Qué son los quasicristales?
Los quasicristales son estructuras atómicas inusuales. A diferencia de los cristales tradicionales, que se repiten en patrones regulares, los quasicristales forman patrones que nunca se repiten —aunque ocupen todo el espacio.
En un cristal común, como la sal de mesa, los átomos forman cubos que se repiten en toda la estructura. Solo hay 230 formas posibles de patrones cristalinos regulares. Los quasicristales no encajan en ninguno de ellos.
Este tipo de estructura fue descubierto por Dan Shechtman, también en el NIST, en los años 1980.
Su descubrimiento fue tan extraordinario que muchos científicos de la época dudaron. Aun así, Shechtman insistió. Y demostró que los quasicristales existían, ganando el Premio Nobel de Química en 2011.
Décadas después, en el mismo edificio, Andrew Iams encontró quasicristales en una aleación de aluminio impresa en 3D.
Impresión 3D de metal: ¿cómo funciona?
La técnica utilizada para crear esta aleación fue el metal impreso en 3D. Más específicamente, la fusión de lecho de polvo.
En este proceso, el polvo de metal se esparce en capas delgadas. Un láser pasa por encima, derritiendo el polvo y creando una pieza sólida, capa por capa.
Esta tecnología permite fabricar objetos con formas complejas que no podrían hacerse de otro modo. Un ejemplo es el inyector de combustible desarrollado por GE en 2015.
Se componía de 20 piezas separadas, pero ahora se fabrica como una pieza única, ligera y eficiente. GE ya ha producido decenas de miles de estas piezas con éxito.
Aun con este avance, imprimir aluminio de alta resistencia seguía siendo un desafío.
¿Por qué es difícil imprimir aluminio?
El aluminio se derrite a unos 700 °C, pero los láseres utilizados en la impresión de metal elevan la temperatura por encima de los 2.400 °C —más allá del punto de ebullición del metal. Este calor extremo cambia el comportamiento del aluminio, que se enfría demasiado rápido y tiende a agrietarse.
Solo en 2017 apareció una solución. Investigadores de HRL Laboratories y de UC Santa Barbara crearon una aleación de aluminio con circonio.
Este material logró resistir el proceso de impresión sin romperse. Y más: mantuvo una alta resistencia.
El equipo del NIST decidió estudiar esta aleación en detalle, a escala atómica. Querían entender por qué era tan fuerte.
El papel de los quasicristales
Lo que descubrieron sorprendió incluso a los expertos: los quasicristales eran una de las razones de la fuerza de la aleación.
Los cristales perfectos, en metales, pueden ser débiles. Esto se debe a que los átomos se deslizan fácilmente unos sobre otros, haciendo que el metal se doble o incluso se rompa.
Los quasicristales, por su parte, obstaculizan este deslizamiento. Crean defectos estructurales que, paradójicamente, hacen que el material sea más resistente.
Andrew Iams notó la presencia de quasicristales al observar simetrías inusuales en el microscopio. Uno de los signos fue la simetría rotacional quíntuple —algo muy raro.
Para confirmarlo, tuvo que girar los cristales y encontrar también simetrías triples y dobles, desde diferentes ángulos.
Solo así fue posible tener certeza de que los quasicristales estaban realmente allí.
Nuevas Posibilidades para Aleaciones Metálicas
Fan Zhang, físico del NIST y coautor del estudio, explicó la importancia del descubrimiento. Según él, para confiar en este nuevo tipo de aluminio en componentes críticos, como piezas de avión, es necesario entender exactamente cómo se organizan los átomos.
Ahora, con la confirmación de la presencia de quasicristales, los investigadores creen que es posible crear aleaciones aún mejores. La idea es utilizar estos cristales no solo por casualidad, sino de forma intencional, durante la fabricación de los metales.
Zhang cree que este descubrimiento puede cambiar la forma en que se desarrollan las aleaciones en el futuro. “Demostramos que los quasicristales pueden hacer que el aluminio sea más fuerte”, dijo. “Ahora, las personas pueden intentar crearlos a propósito.”
Un Nuevo Camino para la Ciencia del Metal Impreso en 3D
La impresión 3D de metales ya ha demostrado ser útil y viable en aplicaciones industriales. Pero aún enfrenta limitaciones, especialmente con aleaciones más fuertes y ligeras, como el aluminio de alta resistencia.
El descubrimiento de que los quasicristales ayudan a evitar fallas estructurales y aumentan la resistencia del material abre un nuevo camino para la investigación.
No se trata solo de entender un fenómeno raro, sino de utilizar este conocimiento para crear metales más eficientes, seguros y duraderos.
Con esto, sectores como el aeroespacial, automotriz y de energía pueden beneficiarse de materiales más ligeros y resistentes —todo gracias a una estructura atómica que, hasta poco tiempo atrás, se consideraba imposible.
Este descubrimiento, realizado en un laboratorio que ya ha hecho historia con los quasicristales, puede ahora iniciar una nueva revolución en la ciencia de los materiales.
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