Desarrollo de materiales y diseño de productos orientados a la fabricación aditiva por deposición fundida para grandes formatos

Zusammenfassung

La presente Tesis Doctoral ha sido realizada en el grupo de investigación de Materiales y Nanotecnología para la Innovación (INNANOMAT) de la Universidad de Cádiz, con registro TEP-946 del Plan Andaluz de Investigación, Desarrollo e Innovación (PAIDI) de la Junta de Andalucía. Esta tesis recoge la primera experiencia del grupo de investigación en su aproximación a la fabricación aditiva gran formato en tecnologías de extrusión de material polimérico en el marco del desarrollo de proyectos industriales de la empresa Navantia Astilleros Puerto Real. Al ser la primera tesis que se realiza sobre este tema desde la Universidad de Cádiz, se recoge una exhaustiva revisión del contexto y de los equipos de fabricación aditiva existentes en volúmenes superiores al metro cúbico, dentro de la transformación industrial conocida como "Industria 4.0". Esta revisión se presenta en el capítulo 3, y está justificado por ser la fabricación aditiva una de las principales tecnologías habilitadoras para el desarrollo de la Industria 4.0. A partir de esta revisión se han podido definir las especificaciones y desarrollar, junto con una empresa nacional (CNC Bárcenas SL), un prototipo de equipo de impresión 3D en gran formato. Este equipo permite, mediante tecnologías de extrusión de material polimérico suministrado en granza, imprimir en volúmenes superiores a tres metros cúbicos. Este prototipo único en Europa en el momento de su desarrollo está completamente definido y caracterizado en el capítulo 5 de la presente tesis. En el capítulo 6 se presenta una metodología experimental de selección y validación de materiales poliméricos, descrita a través de un caso real de aplicación para el diseño y desarrollo de producto realizado dentro del proyecto denominado 3DCABINS, liderado por la empresa Navantia Bahía de Cádiz en su sede de Puerto Real. El capítulo 7 constituye el cuerpo principal de la presente tesis y en él se presentan los procesos de síntesis y caracterización de materiales de base acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), donde se realiza una comparación exhaustiva entre las propiedades de las diferentes aditivaciones con microfibras de carbono, así como con nanoplaquetas de grafito (GNP). En el capítulo 8, se presenta una revisión de las principales herramientas de diseño y simulación adaptadas a la fabricación aditiva. Herramientas novedosas que permiten la definición de una metodología de trabajo o flujo orientado a la fabricación aditiva también descrito en la presente tesis en tres casos concretos de desarrollo de producto para fabricación aditiva.