Mejora de las características superficiales de piezas obtenidas mediante fabricación aditiva

Résumé

1. Introducción o motivación de la tesis: La fabricación aditiva basada en la extrusión de filamento, también conocida como impresión 3D, se usa hoy de manera intensiva en la industria para fabricar utillaje y pequeños lotes de piezas funcionales. Para ciertos usos, las piezas impresas no solo deben de tener unas adecuadas propiedades mecánicas, sino que deben de poseer también ciertas cualidades superficiales. En la literatura se pueden encontrar fácilmente trabajos centrados en el estudio de las propiedades de probetas impresas en materiales tradicionales, como el ácido poliláctico (PLA) o acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). Sin embargo, desde hace un tiempo se ha empezado a utilizar un nuevo material, el tereftalato de polietileno glicol (PETG). Este material se imprime con facilidad, tiene contacto alimentario y presenta unas excelentes propiedades mecánicas; a pesar de ello, el PETG ha sido apenas estudiado. 2.Contenido de la investigación: La presente tesis ha abordado el estudio de las propiedades superficiales de piezas impresas en PETG mediante fabricación por fusión de filamento (FFF). En concreto, se ha estudiado la relación entre diversos parámetros de impresión (altura de capa, temperatura de extrusión, velocidad de impresión, aceleración de impresión y flujo) y la rugosidad y mojabilidad de superficies paralelas al plano XY y al plano XZ. A partir de un diseño de experimentos, se han fabricado dos baterías de probetas, que han sido caracterizadas superficialmente. Las medidas realizadas de rugosidad superficial, ángulo de deslizamiento y de ángulo de gota han sido analizadas mediante técnicas estadísticas y algoritmos propios de minería de datos. Los resultados obtenidos permiten afirmar que el flujo y la aceleración de impresión son los factores que más influyen en las propiedades estudiadas. 3.Conclusión: En esta tesis se ha comprobado como el flujo y la aceleración de impresión son factores determinantes en las propiedades superficiales (rugosidad y mojabilidad) de piezas impresas en PETG. Mediante una adecuada selección de sendos parámetros de impresión, se pueden obtener de manera directa y bajo demanda piezas impresas en 3D que cuenten unas propiedades superficiales concretas. Estas propiedades tienen especial interés para ciertos sectores, como el alimentario, que demanda útiles impresos en 3D que sean de fácil limpieza o que presenten baja adhesión al hielo. Además, en esta tesis se han generado modelos de clasificación basados en el uso de árboles de decisión que permiten predecir la rugosidad superficial de la pieza impresa. 4. Bibliografía: [1] Rodríguez-Panes, A., Claver, J., & Camacho, A. M. The influence of manufacturing parameters on the mechanical behaviour of PLA and ABS pieces manufactured by FDM: A comparative analysis. Materials, 11(8), 1333. 2018 [2] Romero, P.E.; Arribas-Barrios, J; Rodriguez-Alabanda, O.; Gonzalez-Merino,R., Guerrero-Vaca, G. Manufacture of polyurethane foam parts for automotive industry using FDM 3D printed molds. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 32, 396-404. 2021 [3] Sartal A, Carou D, Dorado-Vicente R, et al. Facing the challenges of the food industry: Might additive manufacturing be the answer? Proceedings fo the Institution of Mechanical Engineers Part B: Journal of Engineering Manufacture. 233: 1902¿1906. 2019 [4] Lee, K.M.; Park, H.; Kim, J.; Chun, D. Fabrication of a superhydrophobic surface using a fused deposition modeling (FDM) 3D printer with poly lactic acid (PLA) filament and dip coating with silica nanoparticles. Applied Surface Science, 467¿468, 979¿991. 2019 [5]Shams H., Basit k., Khan M.A., Mansoor A., Scalable wear resistant 3D print3d slippery liquid infused porous surfaces (SLIPS). Additive Manufacturing, 2021