Nuevos materiales compuestos para Rapid Manufacturing.

Autores: Antonio N. Benítez ², Josefa Galvañ¹, Asunción Martínez¹*, Zaida Ortega²

 ¹ AIJU, Dpto. Ingeniería de Producto – Laboratorio, 03440 Ibi (Alicante) proyectos@aiju.info, www.aiju.info *Autor de Referencia

² ULPGC, C/Juan de Quesada, nº 30, 35001 Las Palmas de Gran Canaria, mmonzon@dim.ulpgc.es, www.ulpgc.es

 RESUMEN:

Las Tecnologías de Rapid Manufacturing tienen la ventaja, frente a las tecnologías tradicionales, de producir artículos personalizados en cantidades muy pequeñas y/o exclusivas. El proyecto IBE-RM investiga el desarrollo de nuevas tecnologías, materiales y TIC’s relacionadas en este campo. Entre ellas, el desarrollo de nuevos materiales se ha convertido en una necesidad importante, debido a que todavía existen en el mercado pocos materiales para estas aplicaciones y, los pocos que existen, están sujetos a patentes y proporcionan poca información. Por ello, el consorcio dedicado al SP3 de materiales desarrolla nuevos materiales que simulen las propiedades de los materiales y productos finales realizados mediante tecnologías tradicionales. Estos materiales se ven reforzados y modificadas sus características intrínsecas con componentes. Entre otros desarrollos, se destaca en este artículo la fabricación de composites de fibra de platanera.

ABSTRACT:

 Rapid Manufacturing Technologies have the advantage, against traditional technologies, of producing customized articles in very small and/or exclusive series. IBE-RM project researchs the development of new technologies, materials and ITS involved into this field. Among them, the development of new materials has become an important requirement, as in the market there are still few materials for these applications and, the few existing, are subject to patents and provide short information. That’s why the consortium devoted to the development of new materials that simulate the properties of traditionally-produced materials and final products. The intrinsic features of these materials are reinforced and modified by blending raw materials with other components. Among other developments, this article underlines the manufacturing of composite with banana fiber.

PALABRAS CLAVE:

Composites, fabricación rápida, nuevas tecnologías, nuevos materiales, biomateriales, materiales biodegradables

KEYWORDS:

Composites, rapid manufacturing, new technologies, new materials, bio-materials, bio-degradable materials. 

Introducción del proyecto y del consorcio.

El proyecto IBE-RM (www.ibe-rm.es), financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación dentro del Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica 2008-2011 (PSE-020000-2009-001) y co-financiado con Fondos FEDER, es un proyecto estratégico cuya finalidad principal consiste en desarrollar significativamente las tecnologías de Rapid Manufacturing (a partir de ahora RM) para su aplicación en diversos sectores industriales, entre los que cabe destacar sectores sanitarios, sector industrial como el juguetero y el de la automoción y el sector de la alimentación. El consorcio, coordinado por la fundación ASCAMM, está formado por 28 socios más un socio colaborador, que complementan la cadena de valor necesaria para el desarrollo efectivo del plan establecido.

Las tecnologías de RM se definen como el conjunto de tecnologías de fabricación utilizadas en cualquier etapa de desarrollo o fabricación de un producto, que se genera capa a capa a partir de información digital. Este proceso se aplica para la fabricación de prototipos, herramientas y productos finales y entre sus ventajas cabría destacar su capacidad para reducir y optimizar los tiempos de desarrollo de producto así como alcanzar diseños y funcionalidades difícilmente alcanzables con otras tecnologías de carácter tradicional. Para superar estas barreras, el consorcio trata de avanzar en tres ámbitos clave del RM: la tecnología, los materiales y las tecnologías de información y comunicación (TIC). Complementan las labores del proyecto la aplicación piloto en los sectores previamente indicados y su labor de difusión, según muestra la siguiente figura:

Fig. 1.- Resumen gráfico de la co-ordinación del proyecto.

Situación de partida de los materiales de RM. Los composites.

Los materiales de RM son grandes desconocidos, a pesar de la información que aportan los fabricantes que suele ser escueta y está sujeta a patentes. Los materiales para estas formulaciones se pueden segregar en polímeros, fabricación aditiva en material y estructuras poliméricas con memoria de forma o SMP’s. De ellas, la fabricación en polímeros en general, y específicamente para la tecnología de SLS, se posiciona como la tecnología cuyos materiales se encuentran más desarrollados. A pesar de ello, no cubren las necesidades que las empresas tienen con las tecnologías tradicionales.

En este punto, se plantea una reflexión. Estas necesidades no cubiertas con las tecnologías de RM se han generado a partir de herramientas de fabricación tradicional disponibles. Si no partiésemos de la base de estas tecnologías tradicionales, ¿cómo se cubrirían las necesidades de producción? ¿Serían necesidades diferentes? ¿Cómo sería el nuevo planteamiento? Esta reflexión surge con el fin de mantener abiertas las posibilidades referidas tanto a cómo el desarrollo de las tecnologías de RM pueden dar respuesta a las necesidades actuales como al hecho de que nuevas bondades deben, como mínimo, tratar de elucubrarse.

Los composites requieren la introducción de componentes de cohesión y refuerzo. Estos aditivos modifican sustancialmente las propiedades mecánicas de los materiales y, en función de la tecnología de procesado, las características del producto final. Estas propiedades se han establecido como uno de los requerimientos industriales y por ello, supone un campo relevante objeto de desarrollo, además de la investigación y producción de nuevas clases de materiales y la variación de materiales ya existentes en lo referente al tamaño y distribución del grano, niveles de pureza y calidad, aleaciones, etc. en función de las necesidades previamente detectadas.

Un análisis previo de los sectores objeto de estudio ha determinado los requerimientos, normativas, especificaciones y propiedades necesarios. Para el caso que nos ocupa, se ha determinado la necesidad de nuevos biomateriales y la aditivación de estos y otros materiales existentes en el mercado con la finalidad de obtener piezas finales con unas propiedades mecánicas, físicas, químicas y biológicas establecidas para cada caso y/o con otras funcionalidades adicionales que reduzcan los pasos a seguir en el proceso, de manera que puedan efectivamente reducirse los costes asociados a la producción del artículo. Asimismo, se pretende mediante la inserción de estos aditivos o colorantes prolongar la vida útil de estos materiales, que debido al modo de procesado se degradan a los pocos ciclos, bien mediante la modificación sustancial de sus propiedades o mediante la regeneración posterior.

Desarrollo de nuevos materiales composite de RM

La mezcla de materiales orgánicos con polímeros es una alternativa para aumentar la capacidad de degradación de los plásticos y reducir el impacto sobre el medio ambiente. Además, se pueden aportar mejoras en las características mecánicas del producto final, como mayor resistencia.

Con el objetivo de ampliar la carta de materiales para el procesado a través de las tecnologías de RM, el consorcio IBE-RM investiga en compuestos plásticos formados con cáscara de almendra para la tecnología SLS. Este método de fabricación se caracteriza por usar un láser para sinterizar el polvo, construyendo una pieza final capa a capa a partir de un diseño digital.

Otras formulaciones en desarrollo dentro de este proyecto incluyen, por ejemplo, materiales biodegradables para aplicaciones en agricultura, materiales biocompatibles para medicina o termoplásticos convencionales que pueden ser procesados por tecnologías de RM para aplicaciones de juguete u ocio.

Finalmente, se está desarrollando otra formulación, actualmente en prueba, que utiliza la fibra de platanera sobre una matriz de poliuretano.

Composite con Fibra de platanera

 La Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, ha estado investigando en el marco del proyecto IBE-RM el refuerzo de piezas poliméricas obtenidas por colada en vacío con fibras naturales, en concreto, con fibra obtenida a partir de las plataneras cultivadas en Canarias.

La fibra de platanera natural actúa como refuerzo de dichos materiales y su uso en la fabricación de series cortas de piezas por colada en vacío resulta una alternativa viable al empleo de otro tipo de materiales para la obtención de piezas de propiedades mecánicas más elevadas.

La colada en vacío es un método empleado en la industria del RM tanto para la obtención de prototipos como de piezas finales, en un tiempo corto en comparación con otro tipo de tecnologías. El procedimiento de colada en vacío se basa en el empleo de moldes de silicona obtenidos a partir de un modelo fabricado, por ejemplo, por tecnologías de Prototipado Rápido, para la fabricación de series cortas de piezas. Las resinas empleadas en este trabajo se colocan en condiciones de vacío, en proporciones determinadas por el fabricante, en las cuales  ocurre la reacción química entre los dos componentes que forman la resina.

La ventaja del empleo de fibras naturales consiste en la disminución del peso de la pieza, así como en el aumento de las propiedades mecánicas (rigidez y resistencia a tracción) de las piezas obtenidas. Existen bastantes referencias en cuanto al empleo de fibras naturales en materiales poliméricos, aunque no se ha encontrado información alguna sobre el uso de fibras naturales aplicado a esta tecnología.

Los resultados obtenidos hasta el momento indican que existe un uso potencial de esta fibra como refuerzo de piezas poliméricas obtenidas por colada en vacío, aunque a lo largo del desarrollo del proyecto IBE – RM se seguirá investigando en este campo.

Para más información consulte: www.ibe-rm.es

Agradecimientos