¿Por qué un motor eléctrico más rápido y compacto desperdicia una mayor fracción de su energía en forma de calor, justo cuando la movilidad sostenible exige la máxima eficiencia? El fenómeno, conocido como pérdidas magnéticas, reduce la autonomía de vehículos y dispositivos cotidianos. Entender sus causas es el primer paso para imaginar una solución que, desde los vidrios metálicos, podría redefinir el rendimiento de estas máquinas.
En esta línea de investigación, el equipo de Busch ha diseñado aleaciones ricas en hierro, con un 70-80%, que son magnéticas y “blandas”. Esto permitirá “motores más eficientes, que desperdicien menos energía en forma de pérdidas magnéticas”.
Proceso de impresión 3D para mantener la fase amorfa del material
Pero fabricar componentes de estos vidrios metálicos por impresión 3D exige un control casi quirúrgico. En el Instituto IMDEA Materiales utilizan el proceso de fusión selectiva por láser en lecho de polvo (L‑PBF), construyendo las piezas capa sobre capa con un grosor de apenas 30 micras. El verdadero reto no es solo la densidad; hay que impedir, de hecho, que el material cristalice.
Cada nueva pasada del láser recalienta las capas inferiores, un ciclado térmico que tiende a ordenar los átomos y anular las valiosas propiedades magnéticas. “Trabajar con vidrio metálico implica contar con una ventana de proceso mucho más exigente”, afirma Teresa Pérez Prado. Su equipo ha tenido que “optimizar los parámetros de impresión” y desarrollar “estrategias para reducir la acumulación de calor”, según detalla la propia investigadora, cuya labor se integra en la colaboración con el grupo liderado por Ralf Busch.
Aumento de la eficiencia y autonomía en drones, bicicletas y coches eléctricos
Más allá de las exigencias de fabricación, reducir las pérdidas magnéticas tiene un efecto directo y cuantificable sobre la autonomía. Una fracción menor de electricidad se disipa en calor y una mayor parte se transforma en movimiento útil. Pérez Prado lo resume con ejemplos concretos: “un dron podría tener más tiempo de vuelo, una bicicleta eléctrica más autonomía y un coche eléctrico más kilómetros útiles con la misma energía”. Los motores que incorporen estos materiales no solo aprovechan mejor cada carga de batería. Al funcionar a menor temperatura, como ya muestran los primeros ensayos, se reduce el desgaste de los componentes y se alarga la vida útil del sistema. La misma capacidad de batería rinde más, lo que hace a estos vehículos eléctricos más prácticos para el día a día y amplía sus aplicaciones.
Desafíos de escalado y coste para la producción industrial
El principal desafío, según reconoce Pérez Prado, «es escalar desde probetas y piezas relativamente simples de laboratorio a componentes reales de motor, con geometrías más complejas y requisitos industriales más estrictos». Hay que reajustar localmente los parámetros para impedir defectos y, según recalca la investigadora, urge «disminuir los defectos de fabricación, como grietas que se forman como consecuencia de las elevadas velocidades de enfriamiento». Esos agrietamientos exigen un control extremadamente fino sobre la energía del láser. Las primeras unidades con piezas de vidrio metálico se destinarán a nichos donde cada gramo de eficiencia es crítico: drones profesionales, robots ligeros o sistemas aeroespaciales.
Colaboración internacional en el proyecto AM2SoftMag
El proyecto que ampara estos avances, denominado AM2SoftMag, reúne a equipos de Alemania, Italia y España, incluido el grupo de la investigadora en IMDEA Materiales. “El papel de mi equipo ha sido desarrollar la fabricación de estos materiales mediante impresión 3D y entender cómo el procesado afecta a la microestructura y, en último término, a las propiedades magnéticas”, explica. Los vidrios metálicos diseñados en este consorcio ya han viajado a la Estación Espacial Internacional para ensayos en microgravedad. De las decisiones de consumo y del apoyo político depende, en buena medida, que estos motores más limpios y duraderos se conviertan en una realidad cotidiana.
