INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco Sección de Estudios de Posgrado e Investigación. Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecánica. Caracterización mecánica de piezas de PLA fabricadas mediante impresión 3D. Asesores: Presenta: Dr. Juan Alfonso Beltrán Fernández Ing. Arturo Raúl Cortés Cedillo Dr. Luis Héctor Hernández Gómez

Contenido Introducción Antecedentes. Justificación. Objetivos. Metodología. Pruebas mecánicas. Resultados. Conclusión.

INTRODUCCIÒN. El desarrollo de la tecnología en la actualidad. Desarrollo de la impresora 3D hace 150 años por el artista Francés Freancois Willem. Patente de topografía por Joseph E. Blanther Patente de Blanther 3D para fabricar mapa.

Introducción. Desarrollo de nuevas tecnologías implementadas en impresión 3D son: Estereolitografía. Sinterizado selectivo por láser. Sinterizado directo de metal por laser. Modelado por deposición fundida.

Introducción. Existen muchas tecnologías que comparten un factor común al crear piezas en 3D, esta es la adición de material para lograr crear una pieza final, no obstante, los materiales y métodos de fabricación son muy diferentes entre ellas.

Introducción. IMPRESIÓN 3D Es el proceso de unir materiales para fabricar objetos 3D a partir de un modelo 3D, normalmente capa sobre capa, en oposición a las metodologías sustractivas de fabricación.

ANTECEDENTES Impresión de implantes, empresa líder en la manufactura es EOS (Electro Óptica Systems) fundada en 1989 el que se encarga en innovación de diseños hechos en plástico y metales, además la generación de métodos de manufactura de láser que ofrece rapidez, flexibilidad y bajos costos directamente por 3D. Implantes de dedos de Titanio

TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN Diseño y creación de moldes El uso de la impresoras para crear modelos en tercera dimensión ha sido muy importante en trabajos de investigación como el de Pablo Moreno Garibaldi que utilizo esta tecnología, el cual realizó un diseño de un implante de la articulación temporomandibular.

Trabajos de investigación Implantes mediante impresión 3D Prótesis de una fosa ocular mediante una impresora de polvo, donde el investigador Juan Alfonso Beltrán Fernández, de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME) Unidad Zacatenco, diseño una prótesis con el apoyo de programas informáticos especiales y genero el implante craneal mediante una impresora de polvo, esta fue implantada mediante una craneoplastía. Impresión de fosa ocular mediante una impresora de polvo

Trabajos de investigación Comportamiento de movimiento Construcción de modelo cervical 3D a través de programas DAC /CAM/CAE en el 2011. Mediante la utilización Programa de DAC Solid Works pudieron simular e imprimirlo mediante un sistema de impresión que fue MDF con material ABS y obtuvieron la cervical completa.

Antecedentes en la industria aeroespacial. Tren de aterrizaje vertical de un avión Boeing 2013. La NASA empezó a utilizar la manufactura aditiva donde 70 partes manufacturadas se utilizaron en vehículos de prueba utilizados en marte. Tren de aterrizaje de un avión Boeing

Justificación. Pese a los espectaculares avances en la impresión 3D, sigue siendo un sistema de construcción que requiere mucha experimentación, tiempo y recursos, por las cuales aún no se han probado en piezas mecánicas reales, no se tiene una metodología y parámetros de construcción, el cual se ha utilizado mayormente para crear herramientas prototipo, donde son previamente diseñadas en un programa de diseño de ingeniería, por ende, generalmente son piezas de formas complejas, donde esta tecnología de impresión 3D se puede crear..

OBJETIVO GENERAL. Determinar la orientación de las fibras y la variación de cantidad de material en la impresión 3D para obtener el comportamiento estructural mediante pruebas de tensión, compresión y flexión.

OBJETIVO PARTICULARES. Establecer las dimensiones de las probetas mediante las normas ASTM para las pruebas mecánicas correspondientes, esto para obtener el comportamiento estructural.   Determinar la orientación de las fibras y los parámetros como cantidad de material de PLA en las probetas impresas en 3D. Realizar pruebas mecánicas de compresión, tensión y flexión, así como pruebas experimentales para observar el comportamiento estructural. Comparar y determinar que ángulo dado a los filamentos es el más eficiente al utilizar en una pieza impresa en 3D.

Metodología. Conocimiento del funcionamiento de una impresora 3D con tecnología MDF. Realizar propuestas de parámetros de construcción para la impresión 3D. Realizar las pruebas mecánicas de compresión, tensión y flexión. Pruebas experimentas, (Fotoelasticidad). Prueba de interferometria. Hacer recomendaciones de uso de impresora 3D (parametros).

Característica de impresora 3D Makerbot. TECNOLOGIA DE IMPRESIÓN FUSED DEPOSITION MODELING PESO 11.5 KG VOLUMEN DE CONTRUICCION 27.5 X15.3X15.5 CM PLATAFORMA DE CONTRUCCION ACRILICO RESOLUCION 100 MICRAS TIPO DE ARCHIVOS STL, OBJ, THING PRECISION DE POSICION XY: 11 MICRAS Z: 2.5 MICRAS SOFTWARE MAKERBOT MAKERWARE DIAMETRO DE EXTRUSIÓN 0.4MM TEMPERATURA DE OPERACION 0º-32º C Características de makerbot replicator Impresora FDM marca MakerBot Replicator 2

Normas y Características de las probetas. PARAMETROS CONSIDERADOS DE IMPRESIÓN 3D Tipo de probeta Medidas Figura Tensión (Norma ASTM D638-02a) W= 133mm, L= 57mm, W0= 19mm, L0=165 mm, G= 50mm, D=115 mm R=75 mm. Compresión cilindro (Norma ASTM D695-02a)   Ø12.7 mm h=25.4 mm Flexión rectangular (Norma ASTM D790-02) Espesor=1.6mm L= 50.8 A=12.7 Normas y Características de las probetas.

Creación de Piezas en programa de diseño. Probeta de flexión Probeta de tensión Probeta de compresión

Configuración de piezas huecas Estructura lineal Estructura panal

Creación de capas en impresión 3D Formación de capa o lamina en MDF

Dirección de fibras Dirección de las fibras en diferentes ángulos en probeta de flexión: A) (45,135), B) (0,90), C) (60,150) y D) (50,140).

Probetas Ilustración 9 Probetas de flexión hechas en Makerbot. Ilustración 10. Probetas de compresión hechas en makerbot

Pruebas Mecánicas. Marca: Shimadzu. Tipo: SFL-100kMAG. Capacidad: 100KN/10 ton. Máquina para ensayos universales Shimadzu.

Prueba de interferometria con el programa Aramis Desplazamiento en "Y" en probeta de 50° a 5mm/min. Deformación en "Y" en probeta 50° a 5mm/min.

Recubrimiento foloelástico. Probeta dirección de fibra de impresión 60° a cargas de A) 5 kg, B) 20 kg, C) 35 kg y D) 50kg.

¡GRACIAS!