Desarrollo de materiales de base polimérica sostenibles orientado al diseño de productos en fabricación aditiva de gran formato

Abstract

La creación de nuevos productos está en constante evolución, impulsada por la búsqueda de procesos de fabricación más sostenibles. Para lograr esta mayor sostenibilidad existen numerosas estrategias, que debidamente combinadas y optimizadas, permiten alcanzar este objetivo. Dentro de estas estrategias se encuentran el desarrollo y uso de materiales más sostenibles, empleando residuos de origen natural, materiales reciclados, o materiales biobasados y compostables. Así se logra el ahorro de materias primas poliméricas. Otras estrategias son la fabricación por demanda, sin acumulación de stocks innecesarios, así como la disminución del material desperdiciado en el proceso. Todos estos factores se pueden lograr empleando diferentes tecnologías de Fabricación Aditiva (FA), gracias a su versatilidad. A través de estas tecnologías se pueden lograr geometrías complejas reduciendo costes de utillajes adicionales y desperdicios de materiales, así como una fabricación a medida sin que esto implique un aumento en el coste del producto final, para pequeños lotes de producción. Estas tecnologías se están integrando en todo tipo de sectores industriales, dentro del ámbito de la Industria 4.0. La Fabricación Aditiva de Gran Formato (LFAM), realizada a través de tecnologías de Extrusión de Material, se está haciendo presente en numerosos sectores industriales como la automoción, el aeronáutico, el naval y el del hábitat. Con este tipo de tecnologías se pueden fabricar piezas de volúmenes superiores al metro cúbico, reduciendo costes de utillajes adicionales y con tiempos de fabricación inferiores a otras técnicas. Todo ello con la capacidad de lograr fabricar piezas de alta complejidad geométrica. Además, permite emplear todo tipo de materiales, en función de los requisitos que la pieza necesite. En este contexto, un objetivo de esta tesis doctoral es el estudio del uso de materiales que habitualmente se usan en procesos de fabricación como inyección y extrusión (PET), para aprovechar sus excelentes propiedades mecánicas en piezas fabricadas en LFAM, gracias a su naturaleza semicristalina. En esta tesis también se estudia el desarrollo de materiales de carácter sostenible que incorporan agro-residuos (corcho y hueso de aceituna), con el fin de reducir el uso de materiales plásticos derivados del petróleo (PETG y ASA) y para valorizar residuos en forma de nuevos productos. Además, para poder ofrecer aplicaciones concretas y demostradores de estos materiales en productos concretos, se desarrolla una metodología para el diseño de productos en LFAM. Para ello se emplean softwares de modelado paramétrico, que permiten obtener geometrías complejas, fácilmente variables, que aprovechen la versatilidad de la FA. De esta manera se optimizará el proceso de fabricación para lograr productos funcionales con la menor cantidad de defectos propios de este tipo de fabricación y personalizados en función de su aplicación y estética. De esta forma se han desarrollado materiales compuestos empleando matrices poliméricas derivadas del petróleo y agro residuos del corcho y del hueso de aceituna procesables en LFAM, cuyas propiedades mecánicas les permiten ser empleados en sectores como el hábitat. Además, se ha demostrado la posibilidad de usar el material PET en LFAM, ampliando el rango de materiales aptos para su uso en FA, con excelentes propiedades mecánicas y térmicas.