Caracterització de materials per impressió 3D mitjançant simulacions computacionals

Abstract

La principal contribució d’aquest TFM és la creació i validació d’un mètode fiable, amb baix cost computacional i de baixa complexitat d’utilització per predir les característiques mecàniques dels objectes fabricats en PLA reforçat per fibres de fusta fabricat mitjançant sistemes de fabricació additiva d’extrusió (Timberfill). En primer lloc, s’han analitzat diferents alternatives de disseny del mètode, des de processos amb major fiabilitat però amb un cost computacional molt elevat fins a processos amb poca fiabilitat i temps de simulació relativament baixos. A partir d’aquesta primera anàlisi, es procedeix a dissenyar un mètode que integra els punts forts de les alternatives analitzades. El mètode dut a terme es basa en la definició de l’objecte d’estudi en tres capes diferenciades segons les capes exteriors de l’objecte (skin) i l’estructura interior (infill). A continuació, es realitzen proves de tracció estàndard segons la prova ASTM D638 per aconseguir les propietats de la capa exterior i de l’estructura interior per dos percentatges d’ompliment diferents: 25% i 75% de densitat. A causa de que en el comportament de les peces influeixen tant la part interior com la skin, aquestes dues es consideren com si fossin dos materials amb característiques diferents. En segon lloc, els paràmetres derivats (mòdul de Young, coeficient de Poisson i tensió de límit elàstic) han estat importats al programari ANSYS per simular una prova de flexió a 4 punts d’acord amb l’estàndard ASTM D6272. Per validar el mètode proposat, es comparen els resultats de la simulació amb els resultats experimentals de la prova de flexió que indiquen una elevada correspondència entre ells. S’ha realitzat també un estudi de costos, planificació temporal i anàlisi de l’impacte ambiental del treball, amb la finalitat de poder verificar els efectes directes que ha causat aquest projecte. Finalment, es proposen treballs futurs com ara l’avaluació del mètode per diferents materials i diferents probes de resistència, juntament amb possibles millores de precisió del mètode mitjançant refinament de malla o la cerca d’aproximacions més eficients