ADECUACIÓN DE MÁQUINA DE IMPRESIÓN 3D POR HILO CALIENTE PARA USOS DE MATERIALES COMPUESTOS

Abstract

Los materiales compuestos han resultado en una alternativa para la solución de problemas tecnológicos desde los años 40’s enfocándose en sus inicios hacia aplicaciones militares. Sin embargo, dichos materiales comenzaron a llamar la atención de las industrias a comienzos de los 60’s, con el desarrollo de materiales compuestos de base polimérica [1]. El crecimiento de los materiales compuestos se obtuvo principalmente a partir de mejoras en los componentes fabricados; mayor rendimiento y disminución del peso del componente fueron los principales beneficios obtenidos que colaboraron al reemplazo del uso del acero y el aluminio en numerosas aplicaciones. En resumen, los componentes de los materiales compuestos trabajan en conjunto de manera que las propiedades finales de dicho conjunto son mejores que las propiedades de los materiales constituyentes. Sin embargo, dicha tecnología se ve limitada a los compuestos que se adicionan a manera de refuerzos que si bien incrementan la resistencia a la tensión y a la fractura del material (entre otras propiedades) repercuten incrementando su densidad y su costo de producción. La tecnología de impresión en 3D por deposición fundida o también llamada por filamento fundido, actualmente ha sido beneficiada por el desarrollo de materiales compuestos con base en una matriz polimérica, logrando así el desarrollo de piezas de un alto nivel de complejidad siendo la ingeniería médica de las principales beneficiadas por este tipo de tecnología [2]. Existe una amplia gama de materiales poliméricos que pueden ser utilizados con esta tecnología, incluso es posible encontrar en el mercado filamentos de matriz polimérica con inclusiones de nanotubos de carbono (NTC), sin embargo el costo excesivo de estos filamentos a base de carbono ($299 USD por 0.5 kg de filamento [3]) limita su aplicación con fines médicos, industriales o para algún otro propósito, debido en gran medida a los costos de producción del filamento. En consecuencia, en este proyecto se pretende realizar la extrusión de una segunda fase en una matriz polimérica de ácido poliláctico, también llamado poliácido láctico (PLA), debido a su capacidad de ser biodegradable y biocompatible y que actualmente se utiliza en una serie de aplicaciones biomédicas. Con esto, y el desarrollo de materiales compuestos desde el punto de vista de aplicación de fuerzas, deformaciones y energía, se busca el prototipado rápido de piezas mecánicas con propiedades mecánicas y funcionales dirigidas según la necesidad del usuario para permitir la creación de estructuras complejas que permitan integrarse o interactuar con otras estructuras, incluidos organismos vivos.