Disseny i fabricació mitjançant la impressió 3D d’un recipient alimentari personalitzat per a persones amb dificultats alimentàries

Abstract

L’objectiu principal d’aquest projecte és fabricar un recipient alimentari personalitzat per a persones adultes que tenen dificultats a l’hora de menjar. Per crear aquest prototip s’ha escollit el material TPU per la seva alta flexibilitat, elasticitat i viscositat. La realització d’aquest projecte s’ha dividit en quatre fases, que s’expliquen a continuació. La primera fase consisteix a crear els dissenys en 3D amb un software CAD. La segona fase es basa en la impressió en 3D amb el material PLA dels dissenys creats, per tal de verificar els dissenys i escollir quin serà el disseny definitiu per fabricar-lo amb el material TPU. La tercera fase consisteix a fabricar tot el prototip amb aquest material. Com aquest és un material nou per impressió 3D de la tècnica MEX, els seus paràmetres de fabricació òptims encara no estan definits, conseqüentment, s’ha hagut de fer un disseny d’experiments (DoE) que consisteix a variar tres paràmetres crítics i observar quina influència tenen aquests a les impressions. Les influències es veuen qualitativament als recipients (per exemple, a partir de mal acabats), o quantitativament amb proves mecàniques, les quals es realitzen a la quarta fase. A més a més, durant aquesta fase s’ha analitzat que la geometria també té una relació amb el material, per tal d’estudiar aquesta relació i quina influència té al recipient s’ha fet un altre DoE. La quarta i última fase, que tracta de fer una anàlisi quantitativa del prototip creat fabricant provetes segons norma ASTM D638 tipus IV, aquestes provetes tenien les mateixes característiques (orientació, gruix i velocitat d’impressió) que el prototip final. Per fer aquesta anàlisi s’han assajat les provetes a tracció amb la màquina d’assaig universal per tal d’assolir els resultats de les propietats mecàniques.

El objetivo principal de este proyecto es fabricar un recipiente alimenticio personalizado para personas adultas que tienen dificultades a la hora de comer. Para crear este prototipo se ha escogido el material TPU por su alta flexibilidad, elasticidad y viscosidad. La realización de este proyecto se ha dividido en cuatro fases, que se explican a continuación. La primera fase consiste en crear los diseños en 3D con un software CAD. La segunda fase se basa en la impresión en 3D con el material PLA de los diseños creados, a fin de verificar los diseños y escoger cuál será el diseño definitivo para fabricarlo con el material TPU. La tercera fase consiste en fabricar todo el prototipo con ese material. Como éste es un material nuevo por impresión 3D de la técnica MEX, sus parámetros de fabricación óptimos aún no están definidos, consecuentemente, se ha tenido que hacer un diseño de experimentos (DoE) que consiste en variar tres parámetros críticos y observar qué influencia tienen éstos en las impresiones. Las influencias se ven cualitativamente en los recipientes (por ejemplo, a partir de mal terminados), o cuantitativamente con pruebas mecánicas, que se realizan en la cuarta fase. Además, durante esta fase se ha analizado que la geometría también tiene una relación con el material, a fin de estudiar esta relación y qué influencia tiene en el recipiente se ha hecho otro DoE. La cuarta y última fase, que trata de realizar un análisis cuantitativo del prototipo creado fabricando probetas según norma ASTM D638 tipo IV, estas probetas tenían las mismas características (orientación, espesor y velocidad de impresión) que el prototipo final. Para realizar este análisis se han ensayado las probetas a tracción con la máquina de ensayo universal para conseguir los resultados de las propiedades mecánicas.

The main objective of this project is to manufacture a personalised food container for adults who have difficulty eating. To create this prototype, TPU material has been chosen for its high flexibility, elasticity, and viscosity. The implementation of this project has been divided into four phases, which are explained below. The first phase consists of creating the 3D designs with CAD software. The second phase is based on 3D printing the created designs with the PLA material, to verify the designs and choose the final design to be manufactured with the TPU material. The third phase consists of manufacturing the entire prototype with the TPU material. As this is a new material for 3D printing in the MEX technique, its optimal manufacturing parameters are not yet defined. Consequently, a design of experiments (DoE) has had to be carried out, which consists of varying three critical parameters and observing what influence these have on the prints. The influences are seen qualitatively on the containers (e.g. from poorly finished ones), or quantitatively with mechanical tests, which are carried out in the fourth phase. Furthermore, during this phase it has been analysed that the geometry also has a relation to the material, to study this relation and what influence it has on the vessel another DoE has been done. The fourth and last phase, which deals with carrying out a quantitative analysis of the prototype created by manufacturing specimens according to ASTM D638 type IV standard, these specimens had the same characteristics (orientation, thickness, and printing speed) as the final prototype. To carry out this analysis, the specimens were tested in traction with the universal testing machine to obtain the results of the mechanical properties.