Desarrollo de materiales basados en acrilonitrilo estireno acrilato para tecnologías de fabricación aditiva por extrusión de material en el sector naval

Resumen

El desarrollo de nuevas tecnologías de fabricación aditiva está permitiendo que se puedan fabricar piezas de una complejidad imposibles de fabricar en muchos casos por otro tipo de tecnologías de fabricación tradicional. Este hecho está haciendo que se integren de forma cada vez más generalizada en todos los sectores industriales, especialmente bajo el precepto de la Industria 4.0, protagonizando un cambio de paradigma en la forma de concebir la fabricación. Uno de los últimos sectores donde se está adoptando la incorporación de este tipo de tecnologías es el sector naval, donde el tamaño de piezas que se requieren ha limitado el empleo de este tipo de tecnologías. Ha sido a partir de los últimos años cuando se ha empezado a explorar el potencial de este tipo de tecnologías en este sector, especialmente con el desarrollo de nuevas tecnologías de fabricación aditiva de gran formato. De todas las tecnologías de fabricación aditiva disponibles, son las de extrusión de material polimérico las más extendidas, siendo éstas en las que se centra este esta Tesis Doctoral. Debido a su popularidad, existe una creciente demanda en el desarrollo de nuevos materiales que satisfacen los requerimientos funcionales en servicio de las piezas creadas, que son cada vez más demandantes y que permiten el procesado asociado a este tipo de tecnologías. Es en este ámbito industrial donde se engloba esta Tesis Doctoral, donde se ha llevado a cabo el estudio de diferentes materiales en base ASA para la implementación en piezas del sector naval, procesadas por tecnologías de fabricación aditiva de extrusión de material polimérico con alimentación directa de granza (tecnologías de gran formato) y con filamentos. La elección de este material base está motivada por sus excelentes propiedades de resistencia frente a la intemperie y por su adecuada reología para ser procesado por este tipo de tecnologías. A lo largo de todo el trabajo experimental se han desarrollado, caracterizado y testeado diferentes compuestos de ASA aditivados con fibras, tanto de carbono como de basalto, así como con TPE en mezclas elastoplásticas que han permitido mejorar en cierta medida el rendimiento de estos materiales tanto en servicio como en impresión 3D. Finalmente, el conocimiento adquirido se ha puesto en práctica en un ejemplo de rediseño de un volante de válvula. Para realizar este rediseño se han empleado herramientas de diseño y simulación avanzadas por optimización topológica. Posteriormente se ha llevado a cabo la impresión 3D en gran formato en ASA del elemento y se ha puesto a prueba su utilidad en condiciones de servicio. Tras las pruebas realizadas se ha corroborado que la solución obtenida podría cumplir con los requisitos en servicio de estos elementos, ofreciéndose una alternativa interesante para labores de auxilio en el ciclo de vida de los buques.