UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA DEL DISEÑO
Más e Uni e si a io en Diseño y Fab icación
In eg ada Asis idos po Compu ado
DETERMINACIÓN DE LA POSIBILIDAD DE LA
IMPLEMENTACIÓN DE UN NANOCOMPUESTO DE
PLA/MWCNTs PARA IMPRESIÓN 3D LOW COST FFF
TESIS DE MÁSTER
Au o :
Ch is ian M. Cobos Maldonado
Di ec o es:
D . San iago Fe ándiz Bou
D . And és Coneje o Rodilla
VALENCIA – ESPAÑA
2014
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"DEDICATORIA"
i
DEDICATORIA:
A Dios po pe mi i me
segui con la ida y da me la
opo unidad de lucha po
una me a mas en mi ida
A mi amilia que siemp e me
apoyo a la dis ancia en mis
es udios
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"AGRADECIMIENTOS"
ii
AGRADECIMIENTOS:
A la Uni e sidad Poli écnica de
Valencia po la o mación p o esional y
pe sonal b indada.
A mis di ec o es de esis D . San iago
Fe ándiz y D . And és Coneje o al Ins i u o
ecnológico de Ma e iales y a FabLab
Valencia y a odos los docen es que me
b inda on su apoyo pa a la ealización de es a
esis.
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"RESUMEN"
iii
RESUMEN
En el p esen e abajo se p esen a un b e e es udio sob e la ca ac e ización de un
nanocompues o de PLA/MWCNTs a di e en es po cen ajes pa a de e mina la
posibilidad de u iliza el nanocompues o pa a lo que es ecnologías adi i as de
imp esión 3D FFF ( ab icación con hilo undido).
Pa a el desa ollo de es e abajo se empleó el e moplás ico PLA, y como
elleno de e ue zo nano ubos de ca bono de pa ed múl iple (MWCNTs) a es
po cen ajes 5, 1 y 0.5% como ca ga pa a el nanocompues o. Es os ma e iales ue on
ob enidos po p oceso de usión en una ex uso a de doble husillo co o a o io, ma ca
DUPRAa una elocidad de gi o del husillo de 40 pm y una empe a u a de la boquilla
de 206
o
C.
Pa a la ca ac e ización del nanocompues o se u ilizó los análisis de Índice de
Fluidez (MFI), Calo ime ía Di e encia de Ba ido (DSC), y el ilamen o de
nanocompues o con 1 y 0.5% de MWCNTs se lo p obó con un sis ema de imp esión
con encional ípico de los sis emas RepRap, con una imp eso a P usa I3 y con un
ho ends ma ca J-Head Mk V-BV.
Se obse ó que el nanocompues os PLA/MWCNTs ienen una a o able
aplicabilidad en la implemen ación de imp esión 3D Low Cos , las empe a u as pa a la
ex usión u ilizadas du an e las p uebas oscilan en e 177 y 185
o
C y con los pa áme os
que ienen po de ec o en el so wa e slise , ob eniendo un esul ado p ome edo pa a la
aplicabilidad de nanocompues o de PLA/MWCNT s pa a imp esión 3D Low Cos FFF.
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"CONTENIDOS"
i
CONTENIDO
DEDICATORIA: ............................................................................................. i
AGRADECIMIENTOS: ................................................................................. ii
RESUMEN ..................................................................................................... iii
ÍNDICE de igu as ..........................................................................................
ÍNDICE de ablas ........................................................................................... i
Obje i os ......................................................................................................... 1
Obje i o Gene al ............................................................................................................. 1
Obje i os especí icos ...................................................................................................... 1
CAPITULO I ................................................................................................... 2
ESTUDIO DEL ESTADO DEL ARTE .......................................................... 2
1.1
In oducción. ..................................................................................................... 2
1.2 Acido Polilác ico (PLA) ........................................................................................... 3
1.2.1 P opiedades ....................................................................................................... 3
1.2.2 Aplicaciones ...................................................................................................... 4
1.3 Nano Tubos de Ca bono ........................................................................................... 9
1.3.1 Es uc u a ........................................................................................................ 10
1.3.2 P opiedades ..................................................................................................... 11
1.3.3 Aplicaciones .................................................................................................... 13
1.4 Nanocompues os ..................................................................................................... 14
1.4.1 Gene alidades .................................................................................................. 14
1.4.3 Tendencia e olu i a de in es igaciones de nanocompues os de PLA con
nano ubosde ca bono ............................................................................................... 16
1.4.4 Desc ipción de in es igaciones sob e la ca ac e ización y aplicaciones
de nanocompues os de PLA/MWCNTs. .................................................................. 17
1.5 Desc ipción del p oceso de imp esión 3d low cos (FDM) .................................... 23
1.5.1 In oducción .................................................................................................... 23

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"CONTENIDOS"
1.5.2 DESCRIPCIÓN del p oceso ........................................................................... 23
1.5.3 PARÁMETROS DE IMPRESIÓN FDM 3D LOW COST ............................ 25
1.6 Conclusiones ........................................................................................................... 26
CAPÍTULO II ............................................................................................... 28
MATERIALES Y MÉTODOS ..................................................................... 28
2.1. Ma e iales .............................................................................................................. 28
2.1.1 Ca ac e ís icas del ma e ial U ilizado ............................................................. 28
2.2 P epa ación Nanocompues o .................................................................................. 29
2.2.1
PREPARACIÓN DE LA MEZCLA ........................................................... 31
2.3 Mé odos de Ca ac e ización u ilizados ................................................................... 32
2.3.1 Calo ime ía di e encial de ba ido ................................................................. 32
2.3.2 Índice de luidez (MFI) ................................................................................... 33
CAPÍTULO III .............................................................................................. 35
Discusión de esul ados ................................................................................. 35
3.1 In luencia de los MWCNTs en PLA nanocompues o ............................................ 35
3.1.1 ANÁLISIS de Calo ime ía Di e encia de Ba ido DSC ................................ 35
3.1.2 Análisis de Índice de luidez (MFI) ................................................................ 39
3.1.3 P ueba de ex usión con ex uso J-Head Mk V-BV ...................................... 39
CAPÍTULO IV .............................................................................................. 43
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................... 43
4.1 Conclusiones ........................................................................................................... 43
4.2 Es udios Fu u os. .................................................................................................... 45
4.3 Recomendaciones ................................................................................................... 46
CAPÍTULO V ............................................................................................... 47
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 47
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"ÍNDICE FIGURAS"
i
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA.- 1 EJEMPLOS DE APLICACIÓN DE PELÍCULA ORIENTADA BIAXIALMENTE
PLA (FUENTE: TOHCELLO CO. LTD.) [1] ..................................................................................... 5
FIGURA.- 2 EJEMPLOS DE APLICACIONES DE PLA TERMOFORMADO [1] .................................. 5
FIGURA.- 3 RECONSTRUCCIÓN DE TENDÓN INFRA ESPINOSO (IS) CON PLLA (F) [1] ............. 7
FIGURA.- 4 TIPOS DE VAJILLAS HECHAS EN PLA [2] ....................................................................... 8
FIGURA.- 5 CUCHILLO, TENEDOR Y CUCHARA HECHA DE PLA [2] ............................................. 9
FIGURA.- 6 TORNILLOS, BARRAS Y MINI PLACAS DE PLLA [1] ................................................... 9
FIGURA.- 7 DIVERSAS ESTRUCTURAS DE NANOTUBOS [3] ......................................................... 11
FIGURA.- 8 TENDENCIA EVOLUTIVA DE INVESTIGACIONES DE ............................................... 16
FIGURA.- 9 DIAGRAMA DE PROCESO DE EXTRUSIÓN .................................................................. 17
FIGURA.- 10 GRÁFICAS DE LOS ENSAYOS MECÁNICOS Y SU VARIACIÓN ............................. 21
FIGURA.- 11 CICLO PARA LA IMPRESIÓN 3D (FDM) ...................................................................... 24
FIGURA.- 12 DEPOSICIÓN POR EXTRUSIÓN (FDM) [27] ................................................................ 25
FIGURA.- 13 VOLUMEN DE MEZCLA DE PLA Y MWCNTS A 5% ................................................. 29
FIGURA.- 14 ESQUEMAS DE LOS MOVIMIENTO DE LA MATERA EN UNA EXTRUSORA
DOBLE HUSILLO COROTANTE (A) Y CONTRA-ROTANTE (B) ............................................. 30
FIGURA.- 15 MASTERBATCH DE PLA /MWCNTS 5% ..................................................................... 31
FIGURA.- 16 CANTIDAD DE MASTERBATCH Y PLA PARA OBTENCIÓN DE
NANOCOMPUESTO DE 0,5 Y 1% DE MWCNTS. .................................................................. 31
FIGURA.- 17 METTLER-TOLEDO 821, DETALLE DEL CRISOL O PORTA MUESTRAS -
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA Y MATERIALES - UPV ALCOY .............. 33
FIGURA.- 18 ATS FAAS - DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA Y MATERIALES -
UPV ALCOY .................................................................................................................................... 34
FIGURA.- 19 TERMOGRAMA DE PLA VIRGEN ................................................................................. 36
FIGURA.- 20 TERMOGRAMA DE PLA/MWCNTS 0.5% ...................................................................... 37
FIGURA.- 21 TERMOGRAMA DE ENFRIAMIENTO DE PLA VIRGEN, PLA/MWCNT AL 1% ...... 38
FIGURA.- 22 FILAMENTO EXTRUIDO DE PLA/MWCNTS 1% ......................................................... 40
FIGURA.- 23 FILAMENTO EXTRUIDO DE PLA/MWCNTS 0.5% ...................................................... 40
FIGURA.- 24 IMPRESORA Y EXTRUSOR UTILIZADOS .................................................................... 40
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"ÍNDICE TABLAS"
ii
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 1 PROPIEDADES MECÁNICAS Y FÍSICAS DE PLA [1] ......................................................... 4
TABLA 2 VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE NANOTUBOS DE CARBONO
DEPENDIENDO DE SUS DIMENSIONES [6] .............................................................................. 12
TABLA 3.- VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS Y TÉRMICAS DE
NANOCOMPUESTOS DE NANOTUBOS DE CARBONO PURIFICADOS Y NO
PURIFICADOS. [12] ........................................................................................................................ 18
TABLA 4 VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS Y TÉRMICAS DE
NANOCOMPUESTOS DE NANOTUBOS DE CARBONO PURIFICADOS Y NO
PURIFICADOS. [13] ........................................................................................................................ 19
TABLA 5 VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES TÉRMICAS DE NANOCOMPUESTOS A
DIFERENTES CONCENTRACIONES DE CNT. [15] .................................................................... 20
TABLA 6 RESISTENCIA DE NANOCOMPUESTO DE PLA CON CNT MODIFICADOS Y NO
MODIFICADOS. [13] ....................................................................................................................... 22
TABLA 7 PROPIEDADES DEL PLA UTILIZADO [30] ........................................................................ 28
TABLA 8 PROPIEDADES DE LOS CNTS [31] ...................................................................................... 29
TABLA 9 TEMPERATURAS DE LAS ZONAS DE EXTRUSIÓN ........................................................ 30
TABLA 10 PESO DE LOS MATERIALES MEZCLADOS PARA OBTENER COMPUESTO DE 0,5 Y
1% DEMWCNTS .............................................................................................................................. 31
TABLA 11 TEMPERATURA DE DE TRANSICIÓN VÍTREA (TG), TEMPERATURA DE FUSIÓN
(TF) Y TEMPERATURA DE DEGRADACIÓN DE LOS MATERIALES ANALIZADOS .......... 38
TABLA 12 TABLA DE LA FLUIDEZ PROMEDIO DE LOS MATERIALES ANALIZADOS ........... 39
TABLA 13 TABLA RESUMEN DE RESULTADOS DE CARACTERIZACIÓN TÉRMICA Y DE
FLUIDEZ. ......................................................................................................................................... 44
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OBJETIVOS
Obje i o Gene al
De e mina la iabili
PLA/MWCNTs en imp esión 3D FFS Low Cos .
Obje i os especí icos
Conoce las ca ac e ís icas del PLA y nano ubos de ca bono.
Es udia las aplicaciones exis en es de nanocompues o de PLA/MWCNTs.
Ca ac e iza é mic
a y de luidez del nanocompues o de PLA/MWCNTs.
De e mina la acilidad de la aplicación de nanocompues o de PLA/MWCNTs
en imp esión 3D de bajo cos o.
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De e mina la iabili
dad de la aplicación de un nanocompues o de
PLA/MWCNTs en imp esión 3D FFS Low Cos .
Conoce las ca ac e ís icas del PLA y nano ubos de ca bono.
Es udia las aplicaciones exis en es de nanocompues o de PLA/MWCNTs.
a y de luidez del nanocompues o de PLA/MWCNTs.
De e mina la acilidad de la aplicación de nanocompues o de PLA/MWCNTs
en imp esión 3D de bajo cos o.
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-CAM-CIM)
"OBJETIVOS"
1
dad de la aplicación de un nanocompues o de
Es udia las aplicaciones exis en es de nanocompues o de PLA/MWCNTs.
a y de luidez del nanocompues o de PLA/MWCNTs.
De e mina la acilidad de la aplicación de nanocompues o de PLA/MWCNTs
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CAPITULO I "ESTADO DEL ARTE"
8
igo, pa a as, emolacha y una a iedad de o as plan as. Apa e p esen a las siguien es
en ajas en e a los ma e iales de i ados del pe óleo.
• La p oducción de bioplás icos u iliza 65 % menos ene gía que la p oducción de
plás icos de i ados del pe óleo, po lo que los bioplás icos son de al a e iciencia
ene gé ica.
• Los bioplás icos gene an 68 % menos de gases de e ec o in e nade o que los
plás icos basados en los combus ibles ósiles
• Plás icos de i ados del pe óleo pa a su ab icación u iliza al ededo de
200000 ba iles de pe óleo po día. El cambio a los bioplás icos signi ica se menos
dependien es de los combus ibles ósiles.
• Bioplás icos al deg ada se son no óxicos y no se il a á p oduc os químicos
pelig osos en el suelo. Es o signi ica que son más segu os.
La des en aja que p esen a es e ma e ial es que oda ía no se iene una
in aes uc u a pa a la eciclabilidad y/o biodeg adación, ya que es os ma e iales no
pueden es a jun os a los de de i ados de pe óleo. Son ma e iales biodeg adables, pe o
sólo bajo condiciones especí icas, plazo de 90 días, al como se desc ibe, los p oduc os
deben llega a 1400
o
F du an e 10 días consecu i os. Es o equie e un mecanismo
especial que poco consumo. Si los p oduc os de PLA e minan en el elleno sani a io,
no se deg ada a más ápido que los p oduc os a base de pe óleo [2].
Figu a.- 4TIPOS DE VAJILLAS HECHAS EN PLA [2]

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CAPITULO I "ESTADO DEL ARTE"
9
Figu a.- 5CUCHILLO, TENEDOR Y CUCHARA HECHA DE PLA [2]
Aplicaciones Médicas: Los ma e iales biodeg adables se han es udiado
ampliamen e pa a aplicaciones médicas, su en ajas sob e bioma e iales deg adables
incluyen la necesidad de e i a los implan es a la go plazo y p opo ciona
biocompa ibilidad. Los políme os biodeg adables más comunes en aplicaciones médicas
son los poli (hid oxiácidos), incluyendo poli (ácido glicólico) (PGA), poli (ácido
lác ico) (PLA), y polidioxanona (PDS). En e es os políme os, PLA ha demos ado se
el más p ome edo , debido a sus ela i amen e buenas p opiedades mecánica. PLA ha
sido u ilizado con éxi o pa a muchos implan es médicos y es á ap obado po las
agencias egulado as en muchos países [1].
Figu a.- 6TORNILLOS, BARRAS Y MINI PLACAS DE PLLA [1]
1.3 Nano Tubos de Ca bono
Los nano ubos de ca bono (NTC) p obablemen e han exis ido desde mucho
a ás, y pueden habe sido hechos du an e a ios p ocesos de combus ión de ca bón y de
deposición de apo [3].
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CAPITULO I "ESTADO DEL ARTE"
10
Los nano ubos de ca bono (NTC’s) ue on descubie os en 1991 po Sumio
Iijima. P ecu so de los NTC’s es el ulle eno, los ulle enos son una o ma alo ópica
del ca bono. Fue on descubie os acciden almen e po los g upos de Smalley y K o o en
1985. El in en o de p oduci ulle enos dopados con me ales esul ó en el
descub imien o de los nano ubos, que ue on inicialmen e denominados Bucky ubes.
Los nano ubos ob enidos e an cilind os ce ados en los ex emos po un casque e
es é ico con la es uc u a de un ulle eno. Es os nano ubos p esen aban di e en es
es uc u as en unción de la o ien ación de los hexágonos del g a eno espec o del eje
[3].
Los nano ubos de ca bono son los más in es igados nano ellenos 2D po sus
p opiedades excepcionales en é minos de igidez y conduc i idad.
1.3.1 ESTRUCTURA
Los nano ubos son es uc u as cilínd icas, cuyos ex emos pueden es a abie os
o ce ados con una semies e a. El diáme o de un nano ubo se encuen a en la escala de
los nanóme os; es o es en e diez y cincuen a mil eces más delgado que un cabello,
mien as que su longi ud puede alcanza escala mac oscópica.
Los p ime os nano ubos conseguidos cons aban de has a 20 capas de cilind os
concén icos, con diáme os en e 3 y 30nm y ce ados en sus ex emos po
hemi ulle enos. Po o o lado, los nano ubos de pa ed sencilla ienen ípicamen e un
diáme o de 1 a 2nm. Po lo común, las p epa aciones de nano ubos son he e ogéneas,
con una mezcla de ubos de di e en e diáme o y longi ud; además, son ecuen es los
de ec os es uc u ales an o en las pa edes como en los ex emos.
Pueden dis ingui se 3 ipos de es uc u a de nano ubo ( igu a 1), dependiendo de
la o ma como se p oduzca el cie e de la lámina de g a eno pa a o ma el cilind o:
 En sillón – se cie a po los é ices de los hexágonos – la línea axial del
cilind o pasa po un é ice de cada hexágono sucesi o.
 En zig-zag – se cie a po los lados de los hexágonos – la línea axial del
cilind o pasa po un lado de cada hexágono al e no.
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CAPITULO I "ESTADO DEL ARTE"
11
 Qui al – es la o ma más común; hay inclinación, meno sime ía y, como
consecuencia, dos o mas enan iomé icas – la línea axial o ma un ángulo con cualquie
línea que una sucesi os á omos equi alen es en los hexágonos [4].
Figu a.- 7DIVERSAS ESTRUCTURAS DE NANOTUBOS [3]
1.3.2PROPIEDADES
La es abilidad y la obus ez de los CNT do an de excelen es p opiedades
mecánicas, a las ib as que se ab ican hoy en día. Has a la echa se ha podido ob ene
un módulo de young de 0,8 TPa [5]. Además, es as p opiedades mecánicas pod ían
mejo a se: po ejemplo en los SWNTs (Single walled nano ubes o Nano ubos de pa ed
simple), uniendo a ios nano ubos en haces o cue das. En o os é minos, los nano ubos
pueden unciona como eso es ex emadamen e i mes an e pequeños es ue zos y,
en e a ca gas mayo es, pueden de o ma se d ás icamen e y ol e pos e io men e a su
o ma o iginal.
Cabe indica que las p opiedades mecánicas de los nano ubos de ca bonos a ían
espec o a sus dimensiones, a con inuación se ilus an unas ablas de un es udio
ealizado po el (Depa amen o de Física, Ins i u o Nacional de Tecnología, Du gapu -
713209, India), donde indican di e en es p opiedades mecánicas de dependiendo de sus
dimensiones.
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CAPITULO I "ESTADO DEL ARTE"
12
Tabla 2VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE NANOTUBOS DE CARBONO
DEPENDIENDO DE SUS DIMENSIONES [6]
Va ia ion de Young's modulus(Y.M.) ailu e s ess (F.S.), and
ailu e s ain (F.S .) wi h adius
Tube
ype
Radius
R/nm
Y.M.
E/TPa
F.S.
σ/Gpa
F.S .
ε/%
(5,5) 0,339 0,792 107,900 26
(10,10) 0,678 0,752 99,658 24
(15,15) 1,017 0,647 95,776 22
(20,20) 1,356 0,798 89,699 20
(5,3) 0,274 0,831 115,650 22
(10,6) 0,548 0,809 135,870 20
(15,9) 0,822 0,737 111,490 18
(20,12) 1,096 0,707 95,180 14
(5,0) 0,196 1,468 76,770 14
(10,0) 0,391 0,855 115,400 18
(15,0) 0,5887 1,075 86,330 12
(20,0) 0,783 0,936 107,136 15
Va ia ion de comp essi e modulus(C.M.), comp essi e ailu e
s ess (C.F.S.), and comp essi e ailu e s ain (C.F.S .) wi h
adius
Tube
ype
Radius
R/nm
Y.M.
Ec/TPa
F.S.
σc/Gpa
F.S .
εc/%
(5,5) 0,339 1,198 73,710 6
(10,10) 0,678 1,131 37,020 4
(15,15) 1,017 0,500 20,440 5
(20,20) 1,356 0,270 13,070 5
(5,3) 0,274 1,034 57,450 5
(10,6) 0,548 1,504 54,930 4
(15,9) 0,822 0,771 31,620 4
(20,12) 1,096 0,720 23,049 3
(5,0) 0,196 0,464 31,550 8
(10,0) 0,391 0,810 60,740 8
(15,0) 0,5887 0,772 34,860 4
(20,0) 0,783 0,795 34,520 5
Los nano ubos de ca bono apa e de sus buenas p opiedades mecánicas, ambién
iene buenas p opiedades eléc icas como esis i idad de 10-4 Ω-cm, muy buena
conduc i idad eléc ica a empe a u a de 0.55K en CNT de 1.4nm de diáme o y 5Ken
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CAPITULO I "ESTADO DEL ARTE"
13
CNT de0.5nm de diáme o, y ambién una excelen e conduc i idad é mica de 3000
W/m/K [7].
Todas es as p opiedades an e io men e mencionadas hacen que los nano ubos de
ca bono sea un ma e ial con un g an u u o pa a el desa ollo indus ial en gene al.
1.3.3APLICACIONES
Po odas las buenas p opiedades an e io men e mencionadas, que p opo cionan
los nano ubos de ca bono, han hecho que sea un ma e ial con una gama amplia de
aplicaciones.Unas de las p ime as aplicaciones p opues as pa a los CNT ue on como
e ue zos o conduc o es eléc icos en compues os de ma iz polimé ica [10]. A
con inuación se indica an algunas aplicaciones.
Elec ónica: Las buenas p opiedades eléc icas de los nano ubos de ca bono,
han pe mi ido se u ilizados en di e en es aplicaciones, las cuales se án ci adas a
con inuación.
• Nano ci cui os: in e conec o es.
• Nano ci cui os: Diodos, T ansis o es.
• Pan allas planas, lámpa as y ubos luminiscen es, ubos de ayos
ca ódicos, li og a ía po haz de elec ones, uen es de ayos X,
ampli icado es de mic oondas, ubos de desca ga en edes de
elecomunicaciones, mic oscopios elec ónicos de ba ido, nano íodos,
be a ones.
• Memo ias pa a o denado es ya que se de o man en p esencia de un
campo eléc ico po ue zas elec os á icas.
• Fil os de adio ecuencia.
• Senso es químicos y senso es elec omagné icos.
• Mic o conduc o es elec ónicos.
• Disposi i os op o eléc icos, ans o mando la luz en elec icidad y
ambién se puede p oduci luz al inyec a se ca ga.
Mecánica: Basados en las excelen es p opiedades mecánicas de los CTN as el
descub imien o. Es as p opiedades son supe io es a las de cualquie ma e ial conocido.

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CAPITULO I "ESTADO DEL ARTE"
14
La endencia no mal ha sido dispe sa los nano ubos en ma ices de o os ma e iales con
el in de ans e i pa e de las p es aciones mecánicas de los nano ubos a los ma e iales
[8] [9].
1.4 Nanocompues os
Po el ago amien o de los ecu sos pe ole os, hacen que el PLA sea una
al e na i a como un biopolíme o de o igen na u al muy alioso, pa a se aplicado como
un sus i u o i me en aplicaciones au omo ices y en la elec ónica. Aunque las
p opiedades mecánicas del PLA son muy buenas como se indica on an e io men e, iene
algunas de iciencias como baja esis encia é mica, elocidad de de o mación,
elocidad de c is alización, y ambién hay más exigencias desde o os g upos
indus iales pa a uso inal, ales como e a do a la llama, an ies á ico pa a conduc o es
eléc icos, an i UV, e c.[10]
Po al azón hay muchas nanoca gas (es é icas idimensionales y poliéd ica,
nano ib as o nanopa ículas), con lo que se han ealizado nanocompues os con PLA
u ilizando di e en es mé odos de mezcla de PLA/CNT. Es o indica que el desa ollo
in es iga i o po mejo a las p opiedades del PLA y p opo ciona a la indus ia de un
ma e ial con buenas ca ac e ís icas y sob e odo biodeg adable se ha desa ollado con
ue za has a la ac ualidad [10].
Las excelen es p opiedades de los nano ubos de ca bono como ísicas y al o
módulo de Young's, hace que el ma e ial enga mucho in e és como nanoca ga, ambién
po su excelen e conduc i idad eléc ica y é mica [10].
El mé odo más u ilizado pa a la unión de PLA/NTC es po usión di ec a [10].
Los nano ubos de ca bono son conside ados como el e ue zo pa a ma e iales
compues os de al o endimien o. La cla e del compues o es la unión en e la in e az de
los nano ubos de ca bono y la ma iz polimé ica [12].
1.4.1 GENERALIDADES
Los nanocompues os de ma e ial polimé ico se e ie e a un ma e ial mul i ase
donde al menos uno de los ma e iales, en gene al la ca ga iene dimensiones en el ango
manomé ico de (< 100nm) [10].
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CAPITULO I "ESTADO DEL ARTE"
15
Desde el abajo desa ollado po Toyo a Cen al Resea ch Labo a o ies en el
década de 1990, muchas in es igaciones se han lle ado a cabo sob e nanocompues os
polimé icos mejo ando sus p opiedades [10].
El g an desa ollo de los nanocompues os se debe undamen almen e al a ance
ecnológico que nos pe mi e una g an lexibilidad en las écnicas de mezclas pa a su
ob ención. Las ca gas a nanoescala en políme os pe mi en ob ene ma e iales
compues os polimé icos mul i uncionales con mayo es p opiedades mecánicas,
eléc icas, óp icas, é micas o magné icos [10].
Exis en di e sos nanoca gas en di e en es amaños y o mas y se pueden
clasi ica en es g andes ca ego ías sob e la dimensionalidad de las pa ículas
manomé icas [10]:
(i) nanoca gas en o ma de placa (1D) son ma e iales es a i icados ípicamen e
con un espeso del o den de 1nm, pe o con una elación de aspec o después de sus dos
dimensiones es an es de al menos 25. Las ca gas 1D más popula es son silica os en
capas, las a cillas esméc icos, hid óxidos de doble capa, así como las hojas de g a eno
[10].
(ii) Las nano ib as o ba bas (2D) ienen un diáme o in e io a 100nm con una
elación de aspec o de po lo menos 100, po ejemplo nano ubos ca bono, sus a os
nanocellulose, e c.
(iii) Las nanopa ículas (3D) p esen an dimensiones 3D po debajo 100nm. Las
nanoca gas 3D más conocidos son sílice pa ículas, de silsesquioxano oligomé ico
poliéd ico y óxidos de me al.
Debemos ene en cuen a que ambién es os ma e iales de nano ca gas se pueden
clasi ica ambién en semi sin é ico, sin é ico o na u al, dependiendo de su ob ención.
Pa a la p epa ación de los nano ubos se aplican cua o o mas, las cuales son:
(i) Mé odo de solución: a pa i de la disolución de políme os en sol en e con
pa ículas a nanoescala luego la e apo ación de disol en e o p ecipi ación;
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CAPITULO I "ESTADO DEL ARTE"
16
(ii) Mezcla en usión: que implica la mezcla di ec a de políme os con
nanoca gas;
(iii) Polime ización in si u: donde las nanoca gas se dispe san p ime o en
monóme o líquido o solución de monóme o, seguido po polime ización en p esencia
de pa ículas a nanoescala; y
(i ) Sín esis de plan illa donde las nanoca gas son sin e izado a pa i de
solución de p ecu so de políme os u ilizando como plan illa [10].
1.4.3TENDENCIA EVOLUTIVA DE INVESTIGACIONES DE
NANOCOMPUESTOS DE PLA CON NANO TUBOS DE CARBONO
An es de hace una b e e desc ipción de los es udios que se han ealizado sob e
nanocompues os de PLA con nano ubos de ca bono, p ime o se ealiza a un análisis de
endencias de a ículos publicados (in es igaciones) sob e es e ema, pa a pode
obse a cual es la endencia de in e és en el es udio de los nanocompues os. Pa a ello
nos apoya emos en la base de da os de ScienceDi ec , chequeando el núme o de
publicaciones ealizadas en la úl ima década.
En la base de da os se u ilizó il os con el p opósi o de op imiza al máximo el
núme o de a ículos sob e ca ac e ización y aplicaciones de nanocompues os de
PLA/CNT, ob eniendo los siguien es esul ados.
Figu a.- 8TENDENCIA EVOLUTIVA DE INVESTIGACIONES DE
NANOCOMPUESTOS DE PLA CON NANOTUBOS DE CARBONO
0
10
20
30
40
50
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
# A iculos
Años
Tendencia e olu i a de In es igaciones de
nanocompues os de PLA con nano ubos de ca bono
# A iculos
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17
Debido a las buenas ca ac e ís icas que p esen an los dos ma e iales en cues ión,
como se puede obse a , el in e és sob e el es udio de la ca ac e ización de
nanocompues os de PLA/CNT es de g an in e és, con el a án de p opo ciona a la a la
indus ia un ma e ial de mejo es ca ac e ís icas y pode amplia la gama de aplicaciones
del mismo.
1.4.4 DESCRIPCIÓN DE INVESTIGACIONES SOBRE LA
CARACTERIZACIÓN Y APLICACIONES DE NANOCOMPUESTOS DE
PLA/MWCNTS.
Algunos cen os de in es igación han desa ollado compues os de PLA con
CNT, con el a án de ob ene un ma e ial que pueda usiona las excelen es p opiedades
de cada ma e ial y de e mina unas aplicaciones iables.
En es e í em se analiza an di e en es in es igaciones desa olladas de ma e ial
compues o de PLA con nano ubo de ca bono, su ca ac e ización y aplicaciones, con el
in e és de de e mina el desa ollo ob enido po el mismo y en oca la p esen e
in es igación guiándonos en los p o y los con as de los es udios.
Las in es igaciones que se han desa ollado has a la ac ualidad han ealizado la
mezcla del PLA y de los nano ubos de ca bono con p oceso de mezcla undida
(ex usión).
Figu a.- 9Diag ama de p oceso de ex usión
Las p opo ciones de mezcla se han ealizado en po cen aje de peso, lo que
indica que el po cen aje en peso de los nano ubos de ca bono oscilan en e 0.3 a 5%, ya
que con alo es mal al os de nano ubos de ca bono se ob end ía un ma e ial compues o
demasiado solapado con nano ubos de ca bono, lo que p oduje a un compues o
demasiado ágil y queb adizo.
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24
Dicho a chi o cuando se a a de imp eso as low cos , es ecupe ado po medio
de so wa e de código abie o (open sou ce), en el cual se ealiza la di isión del modelo
en capas pa a la imp esión 3D dependiendo de los pa áme os deseados y de e mina las
ayec o ias a base de código G (ISO), pa a a con inuación p ocede la modelado en
imp esión.
Figu a.- 11Ciclo pa a la imp esión 3D (FDM)
El p oceso de moldeado po deposición undida (FDM) u iliza el p oceso adi i o
de ma e ial, deposi ando el ma e ial po capas pa a ealiza el con o mado de la pieza.
El ma e ial plás ico ( ilamen o) que se encuen a en ollos, es in oducido a un p oceso
de ex usión, ilamen o semi- undido a a és de una boquilla calen ada que calien a al
ma e ial a la empe a u a de usión, dependiendo del modelo de la imp eso a el cabezal
ex uso puede da los es mo imien o en x,y,z o son al e nados, el mo imien o en el
eje "y" le da la base cale ac ada donde se deposi a el ma e ial y en los ejes x,z los da el
cabezal ex uso , po lo gene al los mo imien os de x,y,z se los ealiza po medio de
mo o es de paso o se os mo o es. Luego de que el ma e ial semi- undido es deposi ado
sob e la mesa de abajo cale ac ada a una empe a u a meno dependiendo el ma e ial.

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La unión las capas de hilo semi
impulsado po la é mica
y
El p
ocesos FDM u ilizan
ma e iales básicos son ac iloni ilo
(PLA), la base de da os de una emp esa que ende ma e ial pa a p ocesos de FDM son:
ABSplus, ABSi, ABS-
M30
PC-ISO, PPSF/PPSU,
ULTEM 9085
1.5.3 PARÁMETROS DE
El p oceso de imp esión 3D FFS low cos , nos pe mi en a ias posibilidades de
es udio de los pa áme os que in e ienen en el p oceso de imp esión 3D, ales como:
elocidad de deposición,
ex usiona el ma e ial (diáme o de la boquilla), dis ancia exis en e en e la base de
imp esión con la pun a de la boquilla y la elocidad de mo imien o de la boquilla de
ex usión [28].
Todos es os p
a áme os dependen di ec amen e del ipo de ma e ial a u iliza .
P incipalmen e en el ma e ial se debe ene en cuen a la empe a u a de ex usión y la
empe a u a de la base de imp esión.
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CAPITULO I "ESTADO DEL ARTE"
La unión las capas de hilo semi
-
undido con las capas p e iamen e deposi ado es
y
la ene gía de ma e ial semi- undido [24,25]
Figu a.- 12Deposición po ex usión (FDM) [27]
ocesos FDM u ilizan
a ios ipos de ma e iales
e moplás icos
ma e iales básicos son ac iloni ilo
-bu adieno-
es i eno (ABS) y Acido poli lác ico
(PLA), la base de da os de una emp esa que ende ma e ial pa a p ocesos de FDM son:
M30
, ABS-M30i, ABS-ESD7,
FDM Nylon 12
ULTEM 9085
[26].
1.5.3 PARÁMETROS DE
IMPRESIÓN FDM 3D LOW COST
El p oceso de imp esión 3D FFS low cos , nos pe mi en a ias posibilidades de
es udio de los pa áme os que in e ienen en el p oceso de imp esión 3D, ales como:
elocidad de deposición,
espeso de la capa, el ipo de boquilla adecuada pa a
ex usiona el ma e ial (diáme o de la boquilla), dis ancia exis en e en e la base de
imp esión con la pun a de la boquilla y la elocidad de mo imien o de la boquilla de
a áme os dependen di ec amen e del ipo de ma e ial a u iliza .
P incipalmen e en el ma e ial se debe ene en cuen a la empe a u a de ex usión y la
empe a u a de la base de imp esión.
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-CAM-CIM)
CAPITULO I "ESTADO DEL ARTE"
25
undido con las capas p e iamen e deposi ado es
e moplás icos
, los
es i eno (ABS) y Acido poli lác ico
(PLA), la base de da os de una emp esa que ende ma e ial pa a p ocesos de FDM son:
FDM Nylon 12
, PC, PC-ABS,
El p oceso de imp esión 3D FFS low cos , nos pe mi en a ias posibilidades de
es udio de los pa áme os que in e ienen en el p oceso de imp esión 3D, ales como:
espeso de la capa, el ipo de boquilla adecuada pa a
ex usiona el ma e ial (diáme o de la boquilla), dis ancia exis en e en e la base de
imp esión con la pun a de la boquilla y la elocidad de mo imien o de la boquilla de
a áme os dependen di ec amen e del ipo de ma e ial a u iliza .
P incipalmen e en el ma e ial se debe ene en cuen a la empe a u a de ex usión y la
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CAPITULO I "ESTADO DEL ARTE"
26
1.6 Conclusiones
Como se indicó an e io men e se puede de e mina que no hay in es igaciones
sob e ma e iales compues os pa a aplicaciones en imp esión 3D.
La mayo ía de los es ue zos de in es igación exis en es en FDM ienden
p incipalmen e hacia el desa ollo de nue os ma e iales o écnicas de deposición de
ma e ial [25], con el in de ob ene mejo es p opiedades mecánicas de las piezas y
op imización de iempo de imp esión.
Los nanocompues os a aen a in es igado es y a la indus ia, ya que con la
combinación de las p opiedades mecánicas de los ma e iales (ma iz y ca ga), se
ob ienen ma e iales de excelen es p opiedades mecánicas, lo que ha gene ado
expec a i a de las indus ias [28].
¿Puede un nano ma e iales y la ab icación adi i a o ece nue as opo unidades
en imp esión 3D FDM low cos ?
Es a usión de ecnologías pod ía o ece cla as en ajas po la manipulación de
las p opiedades de los ma e iales (a a és de nano ma e iales) y aplica los en piezas
imp esas que pueden posee geome ías pe sonalizadas, educido e a do en e
i e aciones del diseño y la p oducción de una sola he amien a pa a la ob ención de
piezas, a a és de 3D FDM.
In es igaciones an e io es han demos ado esul ados p ome edo es en la
inco po ación de nano ma e iales pa a ab icación adi i a (AM) pe o sin u iliza un
nanocompues o p e iamen e mezclado [29]. Los nanocompues os como ma e ial de
imp esión en 3D FDM Low Cos ; pa áme os del p oceso y mé odos pa a su aplicación
no se han es udiado has a la ac ualidad [29].
Lo que se plan ea con el siguien e abajo es analiza la posibilidad de u iliza
compues o mezclando el PLA con los NTC pa a la aplicación en p ocesos de imp esión
3D FFS ( ab icación con hilo undido) con imp eso as de bajo cos e, con el in e és de
do a pa a la ab icación un ma e ial con esis encias mecánicas más al as que los
ma e iales que no malmen e se ocupan en la ac ualidad que es el PLA y el ABS. Pa a
Más e en Diseño y Fab icación In eg ada Asis ida po Compu ado (CAD-CAM-CIM)
CAPITULO I "ESTADO DEL ARTE"
27
pode da al sis ema de FFS Low Cos una aplicación en elemen os indus iales donde
se equie a que el elemen o enga p opiedades mecánicas más al as.
También se plan ea la aplicación de nanocompues os de PLA/MWCNT pa a
piezas de ingenie ía aplicando ecnologías CAD-CAE en p oceso de inyección de
plás icos, y do a a la indus ia un ma e ial con unas ele adas ca ac e ís icas mecánicas
y que enga un ciclo de ida de e minado en base a la biodeg adación del ma e ial
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CAPITULO II "MATERIALES Y MÉTODOS"
28
CAPÍTULO II
MATERIALES Y MÉTODOS
2.1. Ma e iales
En el p esen e abajo se a a es udia un compues o de acido Poli lác ico (PLA)
y nano ubos de ca bono de pa ed múl iple (MWCNTs), mezclados po el mé odo de
usión a di e en es concen aciones, en po cen ajes de peso.
2.1.1 CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL UTILIZADO
2.1.1.1 Acido Poli lác ico (PLA)
Pa a el desa ollo de es e abajo se u ilizada un PLA come cial Biopolyme
6201D, de la emp esa Na u eWo ks LLC. Las p incipales aplicaciones de es e políme o
son: sec o de en ases y embalajes, ilms con posible con ac o con alimen os, ma ices
polimé icas en ma e iales compues os, aplicaciones biomédicas, ealización de ejidos:
sob e odo ib as con inuas pa a opa, ib as mezcladas con algodón, lana y o as ib as.
Las p opiedades del PLA u ilizado son:
Tabla 7PROPIEDADES DEL PLA UTILIZADO [30]
P opiedad Unidad Valo Mé odo ASTM
Tempe a u a de Fusión oC 1550-170 D3418
Tempe a u a de T ansición í ea
Tg oC 55-60 D3417
Índice de luidez g/10min 15-30 D1238
Tenacidad g/d 2.5-5 D2256/D3822
Po cen aje de elongación % 10-70
D2256/D3822
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CAPITULO II "MATERIALES Y MÉTODOS"
29
2.1.1.2 Nano ubos de Ca bono de pa ed múl iple (MWCNTs)
Pa a la ob ención del nanocompues o en el p esen e abajo, se u ilizo MWCNTs
come cial: NC 7000 que es de la emp esa NANOCYL, a con inuación se especi ican las
p opiedades de los MWCNTs:
Tabla 8PROPIEDADES DE LOS CNTs [31]
P opiedad Unidad Valo Mé odo de medición
Diáme o p omedio Nanóme os 9.5 TEM
Longi ud p omedio Mic óme os 1.5 TEM
Pu eza de ca bón % 90 TGA
Oxido de me al % 10 TGA
Mo ología - * HRTEM
Á ea de supe icie M
2
/g 250-300 BET
2.2 P epa ación Nanocompues o
La p epa ación del nanocompues o se la ealizo u ilizando el mé odo de usión
di ec a. En donde los ma e iales (PLA/MWCNTs) ue on mezclados a mano po
agi ación en una bolsa y luego colocados en la ol a de la ex uso a.
En la p ime a ase de la p epa ación del nanocompues o se ealizó con el a án de
ob ene un ma e ial base (mas e ba ch), de PLA/MWCNTs al 5% de olumen en peso,
mezclando 475g de PLA y 25 g de MWCNTs.
Figu a.- 13VOLUMEN DE MEZCLA DE PLA Y MWCNTs A 5%

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CAPITULO II "MATERIALES Y MÉTODOS"
30
La mezcla se ealizo en una ex uso a de doble husillo co- o a o io, ma ca
DUPRA S.A.,a una elocidad de gi o del husillo de 40 pm. El mo imien o de los
ma e iales en una ex uso a de doble husillo depon e de la di ección de gi o de los
husillos.
Figu a.- 14ESQUEMAS DE LOS MOVIMIENTO DE LA MATERA EN UNA EXTRUSORA
DOBLE HUSILLO CO-ROTANTE (A) Y CONTRA-ROTANTE (B)
La ex uso a posee 4 e mopa es pa a egula la empe a u a a lo la go del
husillo. El pe il de empe a u as de los cua o con olado es de empe a u a se
encuen a en e 200 y 205ºC, en la abla 9 se especi ica las empe a u as de cada zona, y
una ez que el ma e ial es ex uido, el ma e ial pasa po un baño de agua a empe a u a
ambien e, pa a pos e io men e se i u ado.
Tabla 9TEMPERATURAS DE LAS ZONAS DE EXTRUSIÓN
Tempe a u as del husillo de ex usión
T1 (
o
C) T2 (
o
C) T3 (
o
C) T4 (
o
C)
202 202 203.5 205
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CAPITULO II "MATERIALES Y MÉTODOS"
31
Figu a.- 15MASTERBATCH DE PLA /MWCNTs 5%
2.2.1 PREPARACIÓN DE LA MEZCLA
Pa a la p epa ación de los nanocompues os de 0.5 y 1% de MWCNTs, se u ilizó
el mas e ba ch p e iamen e ob enido como ma e ial base, al cual luego solo se adiciono
una can idad ex a de PLA con el in e és PLA con el in e és de educi la can idad
co espondien e de MWCNTs pa a cada nanocompues o.
A con inuación se indican los olúmenes y los pesos de cada uno de los
ma e iales.
Tabla 10PESO DE LOS MATERIALES MEZCLADOS PARA OBTENER COMPUESTO DE 0,5 Y
1% DEMWCNTs
Nanocompues o Mas e ba ch
(mg) PLA(mg)
PLA/MWCNTs 1% 43924,4 219622
PLA/MWCNTs 0.5% 23816,7 238167
Figu a.- 16CANTIDAD DE MASTERBATCH Y PLA PARA OBTENCIÓN DE
NANOCOMPUESTO DE 0,5 y 1% de MWCNTs.
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CAPITULO II "MATERIALES Y MÉTODOS"
32
2.3 Mé odos de Ca ac e ización u ilizados
Pa a el abajo ealizado, los ensayos que se ealiza on ue on Calo ime ía
Di e encial de Ba ido (DSC), e Índice de Fluidez (MFI). A con inuación se desa olla a
una b e e desc ipción de cada uno de los ensayos.
2.3.1 CALORIMETRÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO
Una b e e desc ipción de la calo ime ía di e encial de ba ido, o DSC, es una
écnica expe imen al dinámica que nos pe mi e de e mina la can idad de calo que
abso be o libe a una sus ancia, cuando es man enida a empe a u a cons an e, du an e un
iempo de e minado, o cuando es calen ada o en iada a elocidad cons an e, en un
de e minado in e alo de empe a u as [21,32].
Como egla gene al, puede deci se que odas las ans o maciones o eacciones
donde se p oduce un cambio de ene gía, pueden medi se po DSC. En e las di e sas
u ilidades de la écnica de DSC podemos des aca las siguien es:
• Medidas de capacidad calo í ica apa en e ( enómenos de elajación
es uc u al).
• De e minación de empe a u as ca ac e ís icas de ans o mación o de
ansición ales como: ansición í ea, ansición e o-pa amagné ica,
c is alización, ans o maciones polimó icas, usión, ebullición,
sublimación, descomposición, isome ización, e c.
• Es abilidad é mica de los ma e iales.
• Ciné ica de c is alización de los ma e iales.
El p opósi o de es e es udio ue de e mina los cambios en las empe a u as de
ansición í ea Tg y la empe a u a de usión de los ma e iales con di e en es
po cen ajes de ca ga de MWCNTs.
T ansiciones Ví eas: se iden i ica como un sal o en la línea base debido a un
cambio en la capacidad calo í ica, aumen ando la plas icidad del ma e ial [33].
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Fusión: Apa ece como un pico endo é mico ya que se equie e un apo e de
ene gía pa a ompe la es uc u a compac a de zona
e moplás icos pa cialmen e
Deg adación: debido a la na u aleza de los ma e iales polimé icos, basados en el
ca bono, a cie a empe a u a se inicia su combus ión
Los ensayos se
ealiza on
1[34] y UNE-
EN_ISO_11357
Pa a es e ensayo se
Schwe zenbach, Suiza)
, y el p og ama de empe a u a u ilizado ue de 30 a 350
10
o
C/min bajo a mós e a
de ni ógeno de 66 ml. Todas las
5 y 12mg.
Figu a.- 17
METTLER
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA Y MATERIALES
2.3.2 ÍNDICE DE FLUI
DEZ
El ensayo de índice de luidez MFI
básica pa a el con ol de la calidad de p opiedades de lujo de ma e iales
e moplás icos, y de e mina si el ma e ial se encuen a den o del engo de luidez
eque ido.
De acue do con las
2[37]
, el MFI es el peso del políme o undido a a és de una boquilla es ánda (2.095 x
8 mm) a una empe a u a dada y con un peso es ánda aplicado al pis ón, que empuja la
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CAPITULO II "MATERIALES Y MÉTODOS"
Fusión: Apa ece como un pico endo é mico ya que se equie e un apo e de
ene gía pa a ompe la es uc u a compac a de zona
s c is alinas.
Ca ac e ís icas
e moplás icos pa cialmen e
c is alinos [33].
Deg adación: debido a la na u aleza de los ma e iales polimé icos, basados en el
ca bono, a cie a empe a u a se inicia su combus ión
[33].
ealiza on
omando en cuen a las no mas UNE-
EN_ISO_11357
EN_ISO_11357
-3[35].
Pa a es e ensayo se
u ilizó un equipo Me le -
Toledo 821 (Me le
, y el p og ama de empe a u a u ilizado ue de 30 a 350
de ni ógeno de 66 ml. Todas las
mues as ienen un peso en e
METTLER
-TOLEDO 821
, DETALLE DEL CRISOL O PORTA MUESTRAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA Y MATERIALES
-
UPV ALCOY
DEZ
(MFI)
El ensayo de índice de luidez MFI
o Mel Index
se u iliza como una he amien a
básica pa a el con ol de la calidad de p opiedades de lujo de ma e iales
e moplás icos, y de e mina si el ma e ial se encuen a den o del engo de luidez
De acue do con las
no mas UNE-EN_ISO_1133-1[36] y U
NE
, el MFI es el peso del políme o undido a a és de una boquilla es ánda (2.095 x
8 mm) a una empe a u a dada y con un peso es ánda aplicado al pis ón, que empuja la
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-CAM-CIM)
CAPITULO II "MATERIALES Y MÉTODOS"
33
Fusión: Apa ece como un pico endo é mico ya que se equie e un apo e de
Ca ac e ís icas
de los
Deg adación: debido a la na u aleza de los ma e iales polimé icos, basados en el
EN_ISO_11357
-
Toledo 821 (Me le
-Toledo,
, y el p og ama de empe a u a u ilizado ue de 30 a 350
o
C C a
mues as ienen un peso en e
, DETALLE DEL CRISOL O PORTA MUESTRAS
-
UPV ALCOY
se u iliza como una he amien a
básica pa a el con ol de la calidad de p opiedades de lujo de ma e iales
e moplás icos, y de e mina si el ma e ial se encuen a den o del engo de luidez
NE
-EN_ISO_1133-
, el MFI es el peso del políme o undido a a és de una boquilla es ánda (2.095 x
8 mm) a una empe a u a dada y con un peso es ánda aplicado al pis ón, que empuja la
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Figu a.
Figu a.
Las p uebas de imp esión
FDM Low Cos ma ca
PRUSA
Mk V-BV.
Figu a.
Pa a la p og amación pa a
y pa a el in e az se u ilizó
Las empe a u as u ilizadas pa a las p uebas de imp esión
de e mina on en los análisis DSC.
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CAPITULO III "DISCUSIÓN Y RESULTADOS"
Figu a.
- 22
FILAMENTO EXTRUIDO DE PLA/MWCNTS 1%
Figu a.
- 23FI
LAMENTO EXTRUIDO DE PLA/MWCNTS 0.5
Las p uebas de imp esión
se
ealiza on en el FabLab VLC, con un
PRUSA
modelo I3, con un ex uso
(ho ends)
Figu a.
- 24IMPRESORA Y EXTRUSOR UTILIZADOS
Pa a la p og amación pa a
las p uebas de imp esión se u ilizó
el so wa e Slice ,
el so wa e P on e ace.
Las empe a u as u ilizadas pa a las p uebas de imp esión
de e mina on en los análisis DSC.
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-CAM-CIM)
CAPITULO III "DISCUSIÓN Y RESULTADOS"
40
FILAMENTO EXTRUIDO DE PLA/MWCNTS 1%
LAMENTO EXTRUIDO DE PLA/MWCNTS 0.5
%
ealiza on en el FabLab VLC, con un
a imp eso a
(ho ends)
ma ca J-Head
el so wa e Slice ,
Las empe a u as u ilizadas pa a las p uebas de imp esión
son las que se

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Pa a imp imi se
u ilizó
so wa e Slice . Se ealiza on es p uebas con el ilamen o de PLA/MWCNT1% y dos
p uebas con PLA/MWCNTs 0.5%.
A con inuación
se encu
imp esión.
P ueba Ma e ial
Pa áme os de imp esión
1 PLA/MWCNTs
1%
Tempe a u a ho ends: 177
Tempe a u a base: 60
Velocidad pe íme o
Vel
Espeso de
2 PLA/MWCNTs
1%
Tempe a u a ho ends: 185
Tempe a u a base: 60
Vel
Velocidad elleno
Espeso de capa: 0,4
3 PLA/MWCNTs
1%
Tempe a u a ho ends: 177
Tempe a u a base: 60
Vel
Velocidad elleno
Espeso de capa: 0,4
4 PLA/MWCNTs
1%
Tempe a u a ho ends: 177
Tempe a u a base: 60
Velocidad pe íme o
Velocidad elleno
Espeso de capa: 0,4
Se baja on las elocidades
20%
5 PLA/MWCNTs
0.5%
Tempe a u a ho ends: 185
Tempe a u a base: 60
Velocidad pe íme o
Velocidad elleno
Espeso de capa: 0,4
6 PLA/MWCNTs
0.5%
Tempe a u a ho ends: 185
Tempe a u a base: 60
Velocidad pe íme o
Velocidad elleno
Espeso de capa: 0,4
Se aumen o la can idad de
plás ico
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CAPITULO III "DISCUSIÓN Y RESULTADOS"
u ilizó
los pa áme os que ienen p ede e minados en el
so wa e Slice . Se ealiza on es p uebas con el ilamen o de PLA/MWCNT1% y dos
p uebas con PLA/MWCNTs 0.5%.
se encu
e
n a una abla de esul ados ob enidos en el p oceso de
Pa áme os de imp esión
Pieza imp esa
Tempe a u a ho ends: 177
Tempe a u a base: 60
Velocidad pe íme o
: 30
Vel
ocidad elleno:60
Espeso de
capa: 0,4
Tempe a u a ho ends: 185
Tempe a u a base: 60
Vel
ocidad pe íme o: 30
Velocidad elleno
:60
Espeso de capa: 0,4
Tempe a u a ho ends: 177
Tempe a u a base: 60
Vel
ocidad pe íme o: 30
Velocidad elleno
: 30
Espeso de capa: 0,4
Tempe a u a ho ends: 177
Tempe a u a base: 60
Velocidad pe íme o
: 45
Velocidad elleno
:30
Espeso de capa: 0,4
Se baja on las elocidades
al
20%
Tempe a u a ho ends: 185
Tempe a u a base: 60
Velocidad pe íme o
: 45
Velocidad elleno
:60
Espeso de capa: 0,4
Tempe a u a ho ends: 185
Tempe a u a base: 60
Velocidad pe íme o
: 45
Velocidad elleno
:60
Espeso de capa: 0,4
Se aumen o la can idad de
plás ico
de ex udi al 150%
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CAPITULO III "DISCUSIÓN Y RESULTADOS"
41
los pa áme os que ienen p ede e minados en el
so wa e Slice . Se ealiza on es p uebas con el ilamen o de PLA/MWCNT1% y dos
n a una abla de esul ados ob enidos en el p oceso de
Obse aciones
- Tempe a u a del
ma e ial y base buena.
- Velocidad del
pe íme o buena.
- Velocidad de elleno
demasiada al a.
- Tempe a u a del
ho ends muy al o se
cho ea el ma e ial.
- Velocidad de elleno
demasiada al a.
- Bajando la elocidad de
elleno mejo a la
deposición del ma e ial.
- El pe íme o se cho ea
y se aumen a a la
elocidad.
- Bajando las elocidades
al 20% mejo a, pe o el
p oceso de imp esión es
muy len a.
- Mejo a la deposición en
elación al ma e ial con
1% de MWCNTs.
- Mejo a la imp esión.
- Mejo a el p oceso de
imp esión pe o hay que
ene en cuen a que
aumen amos el
po cen aje de deposición
un 150%.
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CAPITULO III "DISCUSIÓN Y RESULTADOS"
42
Los esul ados ob enidos son alen ado es pa a la implemen ación de un nano
ma e ial de ácido poli lác ico (PLA) con nano ubos de ca bón de pa ed múl iple en el
p oceso de imp esión 3D Low Cos FDM.
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CAPITULO IV "CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES"
43
CAPÍTULO IV
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1 Conclusiones
Se ha ealizado el es udio del a e con la in ención de ecopila in o mación
sob e los ma e iales (PLA-MWCNTs), e sus p opiedades an o mecánicas como
é micas, obse a aplicaciones de cada ma e ial, pa a luego ealiza un análisis de
es udios ealizados con nanocompues o de PLA/MWCNTs, y aplicaciones que se han
desa ollado, con lo cual se ha de e minado que la endencia de es udio de es e
nanocompues o es ascenden e desde el 2010 has a la echa.
También se ealiza una b e e desc ipción del p oceso de imp esión 3D FDM
Low Cos y de los ma e iales e moplás icos exis en es en el me cado pa a imp esión,
con lo cual se llegó a la conclusión que no hay en el me cando ni en publicaciones,
es udios sob e la de e minación de la iabilidad de la implemen ación de un
nanocompues o de PLA/MWCNTs pa a imp esión 3D FDM.
Se ha ealizado la p epa ación de un nanocompues o de PLA/MWCNTs al 0.5 y
1% en olumen de peso, con la u ilización del p oseo de mezcla de es ado undido con
una ex uso a de doble husillo co- o a o io, ma ca DUPRA, a una elocidad de gi o del
husillo de 40 pm
Con espec o a los análisis é micos y de luidez del nanocompues o, se puede
deci que a medida que aumen a la can idad de los nano ubos de ca bono en la mezcla
con PLA, la luidez disminuye, con espec o a la empe a u a de usión y la de
ansición í ea el cambio de la empe a u a no es conside able ±3
o
C y ±5
o
C
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CAPITULO IV "CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES"
44
espec i amen e, a con inuación se ilus a una abla compa a i a de los esul ados
ob enidos.
Tabla 13TABLA RESUMEN DE RESULTADOS DE CARACTERIZACIÓN TÉRMICA Y DE
FLUIDEZ.
Nanocompues o Tg (
o
C) T (
o
C) Td(
o
C) MFI (g/10min)
PLA i gen 68.43 178.12 298.16 24,40
PLA/MWCNTs 1% 70.14 184 320.73 24,24
PLA/MWCNTs 0.5% 67.10 177 316.27 20,54
Se puede ambién conclui que los cambios é micos y de luidez de los
nanocompues o no di ie en demasiado con elación a los del PLA i gen.
Con las p uebas ealizadas de imp esión con el nanocompues o se puede deci
que la aplicación de un nano ma e ial de PLA/MWCNTs si es posible pa a el
p oceso de imp esión 3D FDM Low Cos .
El emo que se enía du an e la p ueba de imp esión es el aponamien o de la
boquilla del ex ude lo cual no ue ningún p oblema con algunas acepciones, eso nos
indican que el ango de po cen ajes de MWCNTs son adecuadas pa a ealiza más
es udios.
Du an e el p oceso de imp esión se pudo obse a un p oblema el cual se
indica a a con inuación y sus posibles causas.
• Fal a de con inuidad en la deposición: se puede indica es que el ma e ial
no enga una mezcla homogeniza du an e su ob ención, ya que los
o nillos de ex usión no ienen una longi ud su icien e pa a su
homogenización.
O o incon enien e que puede causa la al a de con inuidad de la
deposición del ma e ial es que el ilamen o no iene un diáme o con iguo
de cua o milíme os como el ma e ial come cial ya que a iaba de 2 a
4mm. Lo que causaba que du an e el p oceso de imp esión del ma e ial
no haya la su icien e ue za de empuje del ma e ial y eso haga que el
ma e ial no luya con inuamen e y po lo con a io ienda a eg esa se.
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CAPITULO IV "CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES"
45
La demasiada igidez del nano ma e ial ambién puede se una de las
causas pa a discon inuidad de la deposición del ma e ial.
4.2 Es udios Fu u os.
Teniendo en cuen a que la imp esión 3D FDM Low Cos es iable con
nanocompues o, cla o es á que se debe ía hace un es udio más exhaus i o sob e
la ca ac e ización y la ob ención del nano ma e ial eniendo los siguien es
pun os:
• Realiza una in es igación con mas po cen ajes de los nano ubos de
ca bono en la ma iz polimé ica, y de e mina un po cen aje que nos
pe mi a una imp esión más limpia, ya que con es a in es igación lo que
se pudo de ini es que la imp esión con nanocompues os es iable y los
angos de los po cen ajes de los nano ubos de ca bono pa a la
con inuación de la in es igación.
• De e mina la posibilidad de adiciona al ma e ial, un agen e de acople el
cual haga que el ma e ial no sea muy ígido y que la dispe sión de los
nano ubos sea más homogénea.
• De e minación de las limi aciones du an e el p oceso de imp esión con
espec o al nanocompues o, como po ejemplo la pendien e máxima con
la cual se pod ía imp imi sin ene p oblemas de cho eo del ma e ial.
• De e minación de las p opiedades mecánicas de piezas imp esas con es e
ma e ial, eniendo en cuen a a iables como las densidades on o de la
pe i e ia como del elleno de las piezas imp esas op imizando el olumen
de ma e ial y el iempo de imp esión
• De e minación de las ayec o ias más adecuadas dependiendo de la
geome ía de las piezas con el in de ob ene mejo es esis encias
mecánicas.

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CAPITULO IV "CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES"
46
4.3 Recomendaciones
La u ilización de equipos que nos pe mi an una mejo a la mezcla del ma e ial,
como po ejemplo un plas óg a o que cumple la unción de ealiza las mezclas a una
empe a u a de e minada y du an e un iempo es anda izado.
También pode ob ene un ma e ial más homogéneo con el diáme o calib ado
pa a que las p uebas puedan se más op imas y pode desca a una de las supues as
a iables que causa la discon inuidad del ma e ial du an e la imp esión.
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CAPITULO V "BIBLIOGRAFÍA"
47
CAPÍTULO V
BIBLIOGRAFÍA
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