Impresión 3D: evaluación mecánica de polímeros ecológicos

IMPRESIÓN 3D: EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS JESÚS CABRERA RUIZ D.N.I: 30270009P Grupo TFGJ Trabajo de Fin de Grado Tutora: Reyes Rodríguez García Grado en Fundamentos de Arquitectura ETSA de Sevilla Curso 2017-2018 ÍNDICE Páginas AGRADECIMIENTOS………………………………………………………………………… 1 RESUMEN…………………………………………………………………………………………. 2 ¿QUÉ ES LA IMPRESIÓN 3D? Introducción histórica………………………………………………………………… 4 Técnicas de fabricación de objetos tradicionales …………………………. 5 Fabricación aditiva……………………………………………………………………. 7 Formas geométricas y aplicaciones generales……………………………… 10 Cambio de mentalidad en procesos de producción………………………. 13 MATERIALES DE IMPRESIÓN 3D Introducción…………………………………………………………………………… 14 Tipos de plásticos…………………………………………………………………… 15 OBJETIVOS Y METODOLOGÍA OBJETIVOS…………………………………………………………………………… 21 METODOLOGÍA: Selección de materiales ……………………………………………… 22 Definición de ensayos ……………………………………………… 25 Fabricación de probetas:……………………………………………… 28 Parámetros variables ……………………………… 29 Parámetros constantes …………………………… 35 Fase experimental. Procedimiento.………………………………… 42 ANÁLISIS DE RESULTADOS ………………………………………………………….. 45 Temperaturas de fusión Calidades de impresión Comparación entre distintos materiales ……………………………………. 50 CONCLUSIONES ………………………………………………………………………… 51 BIBLIOGRAFÍA ……………………………………………………………………………… 54 JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 1 AGRADECIMIENTOS Después de este intenso periodo de aprendizaje, quería comenzar mi trabajo fin de grado agradeciendo a todas las personas que me han apoyado en este proceso, del cual he aprendido no solo en el campo científico, también a nivel personal. Me gustaría empezar dando las gracias a Reyes Rodríguez, mi tutora, por su inestimable y atento seguimiento en todo el proceso, tanto de escritura como de laboratorio y a todo el personal que componen el equipo de laboratorio de construcciones arquitectónicas. También quisiera dar las gracias a Carmelo Sau , director de la empresa de filamentos A3DP, por su colaboración en el aporte de 8 bobinas de 1kg de material para poder realizar todos los ensayos. Del mismo modo, mis agradecimientos a Braydon Moreno , Cofundador de la empresa ROBO 3D, por el aporte de su impresora Robo R1+, tan necesaria para poder imprimir gran parte de las pruebas realizadas. Desde luego, me gustaría agradecer a toda la comunidad 3D,ya que se está permitiendo conocer y desarrollar más esta tecnología. Para terminar, mi más profundo agradecimiento a mi familia y amigos, aquellas personas que siempre en estos años de grado han estado apoyándome en todo momento. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 2 RESUMEN El mundo de la impresión 3d está experimentando un crecimiento exponencial, tanto, que ya se habla de una nueva revolución industrial (1). Después de la liberación de las patentes, el programa de código abierto está permitiendo a más personas introducirse en este mundo (2), debido a la consecuente disminución de precio, el método de impresión más popularizado es el de deposición fundida. Pero, ¿Somos conscientes de lo perjudicial que puede ser para el planeta si no seleccionamos correctamente los materiales utilizados con esta tecnología? Las alarmas aumentan conforme vemos estudios como los realizados en el océano pacifico, con datos que reflejan desechos equivalentes a 79.000 toneladas de residuos compuestos por plásticos en un 99%, con una extensión de 1.6 millones de km².Cada año, 8 millones de toneladas de plásticos terminan en los océanos con la contaminación que eso supone. El plástico marino puede persistir en las aguas superficiales del mar y eventualmente acumularse en áreas remotas de los océanos del mundo, con una estimación de degradación de 100 años.(3) Estos datos hablan por sí solos. Es cierto que los plásticos han demostrado su utilidad, resistencia y versatilidad, aunque no podemos seguir así. En la situación actual con un rechazo a los plásticos tradicionales totalmente justificado, existe una solución: plásticos provenientes de fuentes renovables y biodegradables no solo para desempeñar las funciones realizadas hasta ahora, también para la inclusión en nuevos procesos de fabricación. Es importante conocer los distintos tipos de plásticos tanto biodegradables como no, para la posterior implementación con la nueva tecnología de impresión 3d de una manera adecuada y respetuosa con el medio ambiente. El PLA es un gran ejemplo de ello, es biodegradable e independiente de aquellos recursos no renovables como el petróleo y cuya obtención proviene de recursos agrícolas renovables. Por tanto, esta ventaja, implica la disminución de volúmenes de residuos sólidos. (4) Respecto al uso de plásticos con impresión 3d, las aplicaciones se están expandiendo a cualquier ámbito, llegando incluso a emplearse en arquitectura, construyendo pabellones y viviendas efímeras entre otros (5). Una vez se crea un objeto la principal duda es ¿Qué propiedades mecánicas tiene ese objeto? ¿Puedo conocer su comportamiento exacto para así aplicarlo de mejor manera? Dentro de la gran variedad de termoplásticos actuales en el mercado, existen varios JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 3 procedimientos para la obtención de datos relacionados con el comportamiento mecánico, pero estos datos siempre están referidos a comportamiento mecánico a tracción. En la gran mayoría de situaciones, cuando desarrollamos un objeto, además de tracciones, está sometido a compresiones, compresiones que hasta el momento no podemos controlar por la inexistencia de estudios al respecto. En este documento, mediante una metodología de trabajo adecuada, seleccionaremos cinco materiales para estudiar su comportamiento a compresión. Cuando comenzamos el estudio, la mayor preocupación era la gran cantidad de variables que intervienen en el proceso de impresión, ya que existen muchos parámetros que se pueden controlar con un gran número de variables y combinaciones posibles. Se estudiaron los parámetros más relevantes, para así conocer los más representativos. Para poder realizar esta investigación se seleccionaron como parámetros principales, la calidad de impresión y la temperatura de impresión, manteniendo el resto de parámetros constantes. Una vez que se deciden las combinaciones posibles para la realización del estudio, el objetivo es analizar el comportamiento de cada uno de los materiales seleccionados tanto por separado como entre sí. De esta forma se podría seleccionar el material óptimo respecto a la resistencia mecánica a compresión de una figura impresa en 3d. Una vez se detecte la mayor de las resistencias posibles con los materiales seleccionados, se comparará el comportamiento de estos materiales con los comúnmente usados en arquitectura, de forma orientativa, para así concluir con las posibles aplicaciones de esta nueva tecnología en este sector. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 4 ¿QUÉ ES LA IMPRESIÓN 3D? INTRODUCCIÓN HISTÓRICA Hoy en día y cada vez más, se muestran campañas de publicidad y de integración de las impresoras en cualquiera de nuestros entornos laborales. El desconocimiento sobre esta tecnología para la mayoría de la población hace pensar que se trata de algo nuevo, que se está implantando justo en este momento, aunque en realidad no es así. La impresión 3d tuvo sus inicios hace más de 25 años, aunque durante los primeros años de su creación su uso era exclusivamente industrial para prototipado rápido. En el mundo industrial se usa la denominación AM (Additive Manufacturing = Fabricación aditiva). La primera impresora fue la 3D SLA -250 de la empresa 3D Systems a finales del año 1988, funcionaba por estereolografía, que es una técnica que creaba objetos físicos a partir de sucesivas capas de material sensible a los rayos ultravioleta. Esto supuso un gran avance para las industrias. (6) Ese mismo año, la compañía Stratasys ya estaba en el desarrollo de las impresoras que hoy en día conocemos de tecnología FDM (Fused Deposition Modeling) que sería patentado en 1989, hasta el año 1993 no apareció el proceso 3DP (Impresión tridimensional), aunque hasta el año 1996 no aparecieron las primeras denominadas ¨ impresoras 3d¨. Estas impresoras fueron la Genesys de Stratasys (7), la Actua 2100 de 3Dsystem y la Z402 de Z corporation. Hasta el año 2007 estas impresoras no estaban a disposición de cualquier usuario, solo el ámbito de la industria usaba estos recursos. En este mismo año en Holanda se creó un servicio online de impresión 3d a particulares y se empezó a investigar al respecto. En esta misma línea de tiempo se comenzó con el movimiento RepRap, que consiste en la investigación sobre los componentes y funcionamientos de las impresoras con código abierto de todo el material para que cualquier persona pueda acceder a la documentación, estudiarla y aportar sus mejoras. La idea es que entre todos consiguiéramos hacer crecer esta tecnología. (2) Este crecimiento, se observa en los últimos estudios de 2011 donde se llegó a las 23.265 ventas, frente a las del 2008, 355 impresoras de la empresa Stratasys. Un aumento exponencial, como se observa en la Figura 1. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 5 Fig.1. La impresión 3D, máxima tendencia. Fuente: Compañía de investigación Gartner. Debido a que el movimiento de código abierto ha permitido el acceso a más usuarios, los costes de las impresoras 3d se han visto reducidos durante los últimos años. Esto es siempre positivo ya que, actualmente, casi cualquier persona puede adquirir una impresora 3d, lo que permite que se investigue más sobre esta tecnología haciéndola evolucionar. TÉCNICAS DE FABRICACIÓN DE OBJETOS TRADICIONALES Durante bastantes años, el desarrollo y fabricación de diversas piezas se ha conseguido mediante tres técnicas principales: sustracción, combinación o deformación. • Sustracción: consiste en eliminar materia mediante pulido, tallado, fresado hasta conseguir la pieza final. (Fig. 2) Fig.2. Sustracción mediante fresado. Fuente: Elaboración propia. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 6 • Combinación: se consigue obtener la pieza mediante la combinación de varios materiales como por ejemplo los tejidos. (Fig. 3). Fig.3. Combinación. Fuente: Elaboración propia. • Deformación: Se consigue obtener la pieza mediante el moldeo, plegado de un objeto inicial hasta llegar al resultado final. ( Fig. 4). Fig.4. Plegado. Fuente: Elaboración propia. La impresión 3d cambia esta realidad, ya no es necesario realizar la combinación de muchos de estos procedimientos para obtener una pieza funcional ya que todo se puede desarrollar con una maquina denominada impresora 3d. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 13 CAMBIO DE MENTALIDAD EN PROCESOS DE PRODUCCIÓN La impresión 3d ha llegado para quedarse, cada día son más personas las que tienen impresoras no solo en sus empresas, sino en sus hogares, permitiéndoles elaborar cualquier proyecto, crear piezas únicas y cotidianas (8). Todos sabemos que la gran mayoría de los productos cotidianos que tenemos en los hogares provienen de lugares lejanos del globo, con la contaminación y gastos de recursos que esto conlleva y lo perjudicial que es para el planeta. Esta mentalidad puede cambiar en unos años ya que la impresión 3d reduciría esta contaminación y el excesivo consumismo que vemos hoy en día. Cada persona puede imprimirse lo que justo en ese momento necesite. La idea es elaborar un ciclo cerrado mediante producción local de los productos y no un ciclo abierto que es el modelo actual (Fig.16). ¿Por qué menciono el excesivo consumismo?. Estamos acostumbrados a ir a cualquier centro comercial y comprar lo que queremos, sin necesidad de esperar y esto hace que a veces, adquiramos productos que no son necesarios en ese momento, por el hecho de ser inmediato. La tecnología de impresión 3d lleva un proceso desde el diseño, modelado e impresión que puede durar algunos minutos u horas, esto hace que imprimamos lo que necesitemos, ya que no es inmediato y lleva un trabajo previo que ayuda a la reflexión sobre la necesidad de dicho producto. Fig. 16. Ciclo abierto vs ciclo cerrado de producción. Fuente: Elaboración propia JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 14 MATERIALES DE IMPRESIÓN 3D INTRODUCCIÓN Todo material utilizado para impresión 3d tiene que permitir fluir por el extrusor. Es decir, el material tiene que tener la capacidad de convertirse en fluido para que el extrusor pueda depositarlo adecuadamente y solidificarse para obtener el resultado final deseado. Estamos viendo más materiales como son por ejemplo la cerámica y el hormigón entre otros, que están incorporándose al mismo procedimiento de obtención de piezas que los plásticos. En el caso de la cerámica el resultado es similar a los utilizados con medios tradicionales aunque con mayor precisión. Una vez impreso, debe de someterse a los mismos procesos que cualquier pieza tradicional como son cocción y barnizado (12). (Fig. 17). Fig. 17. Impresión con Cerámica. Fuente: www.projets.com Por el contrario, si hablamos de prefabricación con hormigón, el material impreso se compone por una pasta formada por cemento y otros componentes que quedan aglutinadas en ella. Para que este material pueda ser impreso necesita tener propiedades como: • Capacidad de ser bombeado, esto conlleva a que el material debe de tener una cierta consistencia que le permita desplazarse hasta la boquilla de impresión. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 15 • Capacidad de resistencia del material para que, una vez depositado, sea capaz de aguantar su propio peso y el inmediatamente correspondiente a las capas superiores sin ser deformado. Es necesario un material lo suficientemente fluido para poder ser impreso y que al mismo tiempo posea estas capacidades de resistencia. La resistencia a compresión del material dependerá del proceso aunque encontramos unos valores entorno al 80-90% respecto al hormigón con encofrado tradicional (13). (Fig. 18). Fig. 18. Impresión con hormigón. Fuente: www. elpais.com TIPOS DE PLÁSTICOS En el caso de los plásticos, el material se introduce en la impresora en estado sólido y es el extrusor, con su fusor, el que aplica una temperatura determinada para cada tipo de material, que, le permite cambiar de fase a estado líquido. Este cambio de fase a estado líquido (fluido) permite que podamos obtener resultados, ya que un fluido se puede adaptar rápidamente a la forma que necesitemos. Inmediatamente después que el material fluye y pasa por el fusor, se encuentra el ventilador de capa, que utiliza un choque térmico en el material actualmente fluido para solidificarlo y cambiar de estado a sólido (8). No es imprescindible este ventilador de capa (ya que los materiales plásticos también pueden solidificarse a temperatura ambiente) como por ejemplo el PLA (Ácido Poliláctico) o el ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno) pero el tiempo de solidificación es mayor. Este aporte de refrigeración nos ayuda a solidificar las capas que vamos depositando en nuestra pieza impresa más rápidamente, lo que conllevará un mejor resultado. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 16 Fig. 19. Fusor. Fuente: Elaboración propia. Los polímeros, comúnmente denominados Plásticos, se clasifican en naturales y artificiales. Entre los naturales se encuentran los carbohidratos como el almidón y la celulosa mientras que los artificiales son aquellos polímeros sintetizados por el hombre, derivados del petróleo. Los plásticos convencionales son muy estables a las acciones ambientales, con procesos de degradación demasiado largos, mientras que los plásticos basados en polímeros derivados de vegetales, tienen una estructura que puede ser destruida por los microorganismos (4). En impresión 3d tradicional, se utilizan estos termoplásticos en forma de filamento cuya distribución se realiza en bobinas, normalmente suministrados con diámetros de 1.75mm o 3 mm de diámetro, con una amplia gama de colores. La regla general usada para los termoplásticos refiere a que cuanto mayor sean sus propiedades mecánicas, requiere una temperatura mayor de fusión y esto hace que sea más difícil de imprimir. Las temperaturas de fusión altas aumentan la probabilidad de la pieza a deformarse durante el proceso de impresión ya que se generan tensiones internas más intensas. (8) JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 17 A continuación, se mencionara los materiales usados en las impresoras 3d convencionales: • NYLON: es un termoplástico altamente versátil. Se caracteriza por tener un coeficiente de fricción muy bajo además de ser muy resistente. Es un material con cierta complejidad al imprimir, ya que requiere una temperatura de fusión de 250-260 ºC. y una base caliente de al menos 100ºC. Esto; limita su uso, ya que no todas las impresoras soportan dichas temperaturas. Material altamente higroscópico por lo que absorbe humedad. Destaca por su flexibilidad y tenacidad. (14) • Elastómero (TPE): es un termoplástico con el que se pueden imprimir piezas de flexibilidad, consistencia y dureza elevada. Las piezas impresas son elásticas y recuperan su forma original tras someterlas a tracción o compresión. Tiene el potencial de ser reciclable ya que pueden ser moldeado y reutilizado como plástico. (14) (15) (16) • WOOD: es una mezcla entre polímero PLA y polvo de madera, se asemeja a la madera. Normalmente, debido a la alta cantidad de partículas de madera usadas en la producción de este filamento, se recomienda usar boquillas de impresión de mayor tamaño para impedir atascos mediante la extrusión de este filamento. La temperatura de impresión, al aumentar o disminuir, podemos cambiar el tono y color del objeto impreso. (14) (15) (16) • PVA (Alcohol polivinilo): es un material de soporte soluble en agua para la impresión 3D por extrusión múltiple. Con una buena estabilidad térmica, PVA es ideal para imprimir modelos complejos que requieren soportes para voladizos grandes, cavidades internas profundas y geometrías intrincadas. Diseñado para una experiencia de impresión 3D sin problemas, ya que proporciona una buena adhesión al PLA, resistente PLA, CPE y nylon. (17) • PP (Polipropileno): termoplástico que es obtenido por la polimerización del propileno. Es un material muy versátil, compatible con la mayoría de las técnicas de procesamiento existentes y usado en diferentes aplicaciones comerciales, como packaging, industria automotriz, textiles, menaje, medicina, tuberías, etc. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 18 Tiene muy buena procesabilidad, ya que es el material plástico de menos peso específico 0,90 g/cm3. Además, posee barrera al vapor de agua y buenas propiedades organolépticas, químicas, de resistencia y transparencia. (15) • PLA reforzado con fibra de carbono: es un filamento con composición de PLA y fibra de carbono. Incorpora un porcentaje de hebras de fibra de carbono de entre 5–10 μm de diámetro, que quedan atrapadas entre las capas durante la impresión, dotando de características mecánicas diferentes a las piezas impresas con este filamento. Al ser base de PLA es fácil de imprimir, no tiene warping (explicado posteriormente) y no necesita cama caliente. (16) A continuación se desarrolla unas tablas comparativas con las principales características de los materiales seleccionados para los ensayos. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 19 Descripción/ características Singularidades Estructura Aplicaciones PLA (Ácido Poliláctico) Termoplástico de origen natural biodegradable, está compuesto del ácido poli láctico que se obtiene del almidón de maíz, raíces de tapioca y caña de azúcar. La textura final no es tan suave como la del ABS. (14) (15). Es uno de los plásticos más usados debido a su facilidad de uso. Es un polímero permanente, claro y brillante como el poliestireno. Resistente a la humedad y a la grasa. Tiene características de barrera del sabor y del olor similares al plástico de polietileno tereftalato, usado para las bebidas no alcohólicas y para otros productos no alimenticios. Es un material higroscópico que tiende a absorber humedad. Es estable a la luz U.V, dando como resultado figuras que no se decoloran. Su inflamabilidad es baja.(24) -Biodegradable. -Proviene de recursos naturales renovables. -No desprende gases nocivos durante la fusión. -Confiere brillo a las piezas. -Material fácil de imprimirrecomendado para principiantes. -No necesita cama caliente. -No sufre fenómenos como warping o cracking (explicados posteriormente). -Buen comportamiento de las piezas en ángulos (20) (21) -Resistente a rayos U.V. -Higroscópico -Estabilidad dimensional alta Fig. 20. Estructura del ácido Poliláctico. Fuente: Rafael A. Auras Su forma molecular es (C3H4O2)n. Es un termoplástico rígido que puede ser semicristalino o totalmente amorfo (18). Se puede formular para ser rígido o flexible y puede ser copolimerizado con otros materiales. El PLA se puede hacer con diversas características mecánicas dependiendo del proceso de fabricación seguido.” Por ser biodegradable y reabsorbible el PLA encuentra múltiples aplicaciones: o Industrias alimentarias: Empaques para alimentos, envases, etc. o Textil o Cosméticos o Medicina : Al poder ser asimilado por el organismo, ha encontrado múltiples aplicaciones en cirugía, ortopedia, ortodoncia, oftalmología, traumatología y otras ramas (36) o Arquitectura: pabellones y viviendas temporales, maquetas. ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno) ABS es el nombre de la familia de termoplásticos. El acrónimo deriva de la suma de los procesos químicos necesarios para obtenerlo (el acrilonitrilo, el butadieno y el estireno). (22).Es uno de los materiales más utilizados en las impresoras 3d de tecnología FFF. Es soluble en acetona. No es biodegradable, y sufre con la exposición a rayos UV. Tiene una temperatura de fusión superior a otros plásticos, acompañado de la necesidad del uso cama caliente entre 80ºC y 100ºC, por lo que el coste electrico de producción es mayor (14) (15) (16). El rasgo más importante del ABS es su gran tenacidad, incluso a baja temperatura (sigue siendo tenaz a -40 °C). Además es duro y rígido, tiene una resistencia química aceptable, baja absorción de agua, buena estabilidad dimensional, alta resistencia a la abrasión y puede recubrirse con una capa metálica con facilidad (el ABS se puede, en una de sus variantes, cromar por electrólisis dándole distintos baños de metal a los cuales es receptivo). (23) -No es biodegradable. Previene de recursos no renovables. -Desprende gases nocivos para la salud en su fusión. Necesita buena ventilación del recinto. -Necesita cama caliente 80-100ºC -Temperatura de fusión elevada -Sufre efectos como warping y cracking (Explicados posteriormente) -Le afectan las corrientes de aire durante la impresión. -Se altera con la exposición a rayos U.V - Buen post-procesado y trabajabilidad. -Baja absorción de agua - Estabilidad dimensional media-alta -Duro y rígido -alta resistencia a la abrasión -Tenacidad incluso a bajas temperaturas (- 40º C) (22)(23)(24) Fig. 22. Estructura del ABS. Fuente: Hanser Publishers. El Acrilonitrilo proporciona rigidez, resistencia a ataques químicos y estabilidad a alta temperatura así como dureza. El butadieno proporciona tenacidad a cualquier temperatura. Interesante para ambientes fríos, en los cuales otros plásticos se vuelven quebradizos. El bloque de estireno aporta resistencia mecánica y rigidez. Esta mezcla de propiedades, hace que el producto final contenga mejores propiedades que la suma de ellos. (23) Automotrices: o partes cromadas, o partes internas en las vestiduras e interiores o partes externas pintadas en color carrocería. -Juguetes: o bloques de LEGO, TENTE y airsoft, o Piezas plásticas de casi todas las figuras de acción de BANDAI. (23) -Piezas de aparatos electrónicos : o Carcasas de ordenadores, teléfonos. -Electrodomésticos: o Recubrimiento interior – exterior JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 20 Descripción/ características Singularidades Estructura Aplicaciones HIPS (Poliestireno de alto impacto) Se trata de un material de poliestireno que usualmente se utiliza en combinación con el material ABS para la realización de piezas con espacios (huecos). (14) (15) Aunque la mayoría de sus propiedades mecánicas y físicas (rigidez, resistencia a tracción y a impacto, estabilidad térmica, etc.) son similares a las del ABS, hay una característica que lo hace diferente respecto a todos los demás que es su solubilidad en D-Limoneno, permitiendo realizar formas irrealizables con un material de soporte soluble, quedando la pieza sin ningún material de soporte y con una gran calidad superficial. Es un material indicado para realizar piezas técnicas ligeras y de alta calidad. Es un poco más ligero que el ABS, es por eso que se puede imprimir a una temperatura ligeramente inferior. (20) (21) (25) -No es biodegradable. -Proviene de fuentes no renovables. -Resistente a aceites, grasas y álcalis pero no al combustible. -Buen post-procesado: Cromado, pintado, pegado y lijado. -Soporta mal los rayos U.V : Decoloran y se vuelve quebradizo. - Baja conductividad eléctrica, puede usarse como aislante. -Solubilidad en D-Limoneno. (20) (21) (25)(23) -Sufre warping y cracking aunque en menor medida que el ABS -Necesita cama caliente 80-100ºC El Poliestireno de Alto Impacto es una de las variedades existentes dentro de los poliestirenos. Dado que el poliestireno es un polímero muy frágil a temperatura ambiente, se modifica mediante la adición de polibutadieno, para mejorar su resistencia al impacto. Se designa comúnmente como HIPS (High Impact Polystyrene) o PSAI (Poliestireno de Alto Impacto). ➢ Estructura química: Para mejorar la resistencia al impacto del poliestireno se adiciona polibutadieno y acrilonitrilo a la mezcla; el polibutadieno es injertado en el poliestireno, formando un polímero con estructura de injerto. El acrilonitrilo y el butadieno son los compuestos que oponen resistencia a fuerzas mecánicas (23) o Componentes para automóviles. o Juguetes. o Maquinillas de afeitar desechables. o Teclados y periféricos para el PC. o Artículos para el hogar. o Teléfonos o Envases de productos lácteos (23) PETG (Copoliéster de polietilentereftalato glicol) Es un filamento muy fácil de imprimir, ya que tiene baja contracción. Está aceptado para su utilización con productos de uso alimentario (FDA). No emite olores y tiene una gran resistencia química. (15) Actúa como barrera para los gases, como el CO2, humedad y el O2. Es transparente y cristalino, aunque admite algunos colorantes. Liviano, permite que una botella pese 20 veces menos que su contenido. Impermeable.Resistente a esfuerzos permanentes y al desgaste, ya que presenta alta rigidez y dureza.No es biodegradable -No es biodegradable . -Proviene de fuentes no renovables. -Termodilatación baja, por lo que no tiene efecto warping ni cracking. -No necesita cama caliente, aunque se recomienda su uso. -Tenasidad y resistencias similares al ABS -100 % reciclable -Apto para exteriores, soporta los rayos U.V -91 % de transparencia en estado natural. -Barrera de gases como CO2, el O2 -Barrera contra la humedad. Impermeable. (20)(21) El PET es un polímero que se obtiene mediante una reacción de policondensación entre el ácido tereftálico y el etilenglicol (pertenece al grupo de materiales sintéticos denominados poliésteres).(23) Polímero termoplástico lineal, con un alto grado de cristalinidad. Para evitar el crecimiento excesivo de las esferulitas y lamelas de cristales, este material debe ser rápidamente enfriado, con lo que se logra una mayor transparencia. La razón de su transparencia al enfriarse rápidamente consiste en que los cristales no alcanzan a desarrollarse completamente y su tamaño no interfiere con la trayectoria de la longitud de onda de la luz visible, de acuerdo con la teoría cuántica. (23) El PETG destaca por ser un plástico aprobado para uso alimentario por la FDA. Por ello es la opción recomendada para la creación de envases u otros elementos que vayan a estar en contacto con alimentos para el consumo humano (21) (22) JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 21 OBJETIVOS Y METODOLOGÍA OBJETIVOS Dentro de la gran variedad de termoplásticos actuales en el mercado, existen varios procedimientos para la obtención de datos relacionados con el comportamiento mecánico, pero estos datos siempre están referidos a comportamiento mecánico a tracción. En la gran mayoría de situaciones, cuando desarrollamos un objeto, además de tracciones, está sometido a compresiones, esfuerzo que hasta el momento no podemos controlar por la inexistencia de estudios al respecto. El objetivo general de este trabajo es determinar la resistencia mecánica a compresión de plásticos empleados en impresión 3d. Este dato es claramente deficiente en cualquier ficha técnica, ya que no existe ninguna normativa que regule este tipo de ensayos. Es un dato necesario para poder diseñar adecuadamente para el uso que queremos que esté destinado nuestro objeto. En este documento, mediante una metodología de trabajo, se demostrará las diferentes resistencias mecánicas a compresión de cada material seleccionado y cómo los parámetros usados afectan a dichas resistencias. Para conseguir estos objetivos generales, es necesario cumplir unos objetivos específicos: - Estudio de materiales -Estudio de la normativa existe para obtener datos relevantes - Estudio de los parámetros influyentes en el proceso de impresión 3D. Determinación de tipología y cantidad. Serán relevantes a la hora de realizar las comparaciones y estimar su influencia en el resultado final -Definición del ensayo resistente. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 22 METODOLOGÍA El trabajo se articula en las siguientes fases y procesos: ✓ SELECCIÓN DE MATERIALES: Dentro de la amplia variedad de materiales que existe para esta tecnología, entre los que se encuentran filamentos de madera, policarbonato, nylon, polipropileno, fibra de carbono, etc.., se ha realizado una relección de los que se emplean de manera habitual. En este trabajo se estudiarán, pues, 2 tipos de PLA, uno ABS, uno de HIPS y uno de PETG. ✓ 1 PLA Blanco marca Bq(26). (Fig20) Fig. 20. PLA. Fuente: www.bq.com JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 29 Para el estudio, debido al número de horas necesarias para obtener un resultado fiable, hemos tenido que reducir el número de parámetros a 2, ya que dentro de cada parámetro, tomaremos 3 variables diferentes. Para situarnos, por cada parámetro que seleccionamos, si consideramos 3 variables para cada uno y 5 probetas por cada combinación se tienen que imprimir 15 probetas por material/parámetro. Si se consideran 2 parámetros habrá que imprimir 30 probetas por material, y así progresivamente. Como el objetivo fundamental es argumentar y comparar las diferentes resistencias a compresión que ofrecen los plásticos con distinta composición ya mencionados, al multiplicar este valor de 2 parámetros por 5 materiales a estudiar, el número de probetas asciende a 150. Creemos que este es un valor que aporta una carga de trabajo coherente con el proyecto de trabajo fin de grado. Por tanto se estudiarán 2 parámetros con 3 variables cada uno, dejando el resto de parámetros constantes. 1. Parámetros Variables Los dos parámetros variables seleccionados son la calidad de impresión y temperatura de impresión: • Calidad de impresión: este parámetro nos proporciona los valores de la altura de capa en milímetros. Los valores más altos producen impresiones más rápidas pero con una menor resolución. Los valores más bajos producen impresiones lentas pero con una resolución mayor. Este parámetro es fundamental ya que afecta directamente tanto a la resolución de las piezas como al tiempo consumido para poder obtenerlas (29). A mayor resolución, mayor tiempo, por ende, mayor consumo de energía. Si nuestra impresora dispone una boquilla del nozzle de 0.4 mm, los valores usados y recomendados son: tabla 31 Valores mínimos: No hay límite inferior para la altura de capa incluso con boquillas anchas, pero a alturas inferiores a 0.05-0.1 mm (50-100 micras) aparecen algunos factores que desaconsejan su elección como son: o Excesivo tiempo de impresión o Deformación de las capas por estar la boquilla caliente siempre muy cerca de la capa inferior JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 30 o Falta de resolución del extrusor (el motor tendría que girar a una velocidad demasiado lenta de manera uniforme y no será capaz) Valores máximos: La altura de capa debe ser menor al 80% del diámetro de la boquilla del nozzle, con lo que la elección de esta boquilla nos limita las opciones. Ejemplo: Boquilla de 0,4 mm de diámetro <-> No superar 0,32 mm de altura de capa. Un diámetro de boquilla más pequeña en conjunción con una altura de capa más baja, se considera una buena solución para obtener una superficie lisa y con un nivel de detalle mucho mayor. (30) Por tanto para las pruebas, usaremos 0.1-0.2-0.3 mm (100-200-300 micras) con una boquilla de 0.4mm Para mostrar claramente las diferencias entre las distintas calidades, se puede observar la Figura 27 (31) . Fig. 27. Fuente: Josef Prusa (prusa3d) Valores mínimos Valores medios Valores máximos 50-100 (micras) 100-200 (micras) 200-300 (micras) Tabla. 31. Valores usados y recomendados. Boquilla 0.4mm . Calidad de impresión. Fuente: Elaboración propia • Temperatura de impresión: este parámetro muestra el valor en grados centígrados a la que el fusor va a calentar el filamento. En la Figura 28 (32) se muestran los diferentes componentes del extrusor para entender la aplicación de JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 31 temperatura al filamento. El extrusor es la parte de la impresora 3D que va cogiendo y empujando el filamento para luego fundirlo. Para ello, encontramos un componente fundamental, denominado fusor o Hot-end. El fusor se divide en distintas zonas: zona fría, caliente y de transición (obsérvese Figura 29 (33)). La zona fría se encarga de mantener el equilibrio e impide que el calor llegue al motor de empuje. En esta zona el filamento se deposita en estado sólido. La zona caliente, donde el material termina el proceso de cambio de estado y se funde por completo, siendo aquí, donde el mismo se adapta al diámetro de la boquilla. En esta zona nos encontramos 2 elementos de vital importancia como son: el cartucho calefactor (se encarga de proporcionar la energía necesaria para alcanzar y mantener la temperatura) y el termistor (sensor de temperatura que nos ayuda a monitorizar la misma). Fig. 28. Fuente: www.bq.com Fig. 29. Fuente: www.hta3d.com La temperatura es interesante de analizar ya que, a diferencia del anterior parámetro, no afecta al tiempo de impresión. Este valor también afecta económicamente porque a mayor temperatura de fusión, implica un mayor consumo de energía. Por tanto, es atractivo saber si con una temperatura menor, podemos conseguir un resultado suficiente o es necesario, por el contrario, aplicar más temperatura. La temperatura óptima de impresión depende de cada material y está determinada por su composición. La idea principal era intentar buscar unos valores de temperatura que fueran aceptados por todos los filamentos, para ello, partimos de los valores óptimos del JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 32 PLA, ya que es el material más habitual de impresión. Estos valores son 200-210-220ºC, donde 210ºC es la temperatura óptima. En estos tres rangos, los dos tipos de PLA probados, se comportan perfectamente como puede observarse en las Figuras 30 y 31. Cuando nos referimos a un buen comportamiento estamos centrandonos en caracteristicas tales como capacidad de fluir por el extrusor sin producir atascos, material sin warping ni cracking (Se explicara posteriormente con el ABS y HIPS) y sin necesidad de utilizacion de base de impresión calefactada ni cerrada. Fig. 30. PLA marrón. Fuente: Imagen del autor Fig. 31. PLA blanco Fuente: Imagen del autor Al cambiar de filamento vemos que, si imprimimos con los mismos parámetros de temperaturas usados en el PLA, encontramos serias dificultades. (Fig. 32) Fig. 32. Fuente: Imagen del autor (material HIPS a 210 ºC.) JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 33 Argumento de cambio de temperaturabúsqueda de temperatura óptima Al empezar a imprimir con HIPS, al igual que el ABS, se detectó que la temperatura era un factor importante, ya que, al igual que el PLA, cada material tiene un rango de temperaturas de fusión óptimas, por tanto, el primer punto sería buscar los rangos de temperaturas óptimas para cada material. Si se imprime fuera del rango de las temperaturas optimas, como es el caso de la primera prueba realizada Figura 33-34 aparecen de una manera muy pronunciada los fenómenos denominados Warping y cracking. Estos fenómenos tienden a reducirse cuando rondamos los valores óptimos. Fig.33-34. HIPS impreso a 210ºC. Fuente: Imagen del autor Fenómenos problemáticos: Warping (8) La tecnología FFF, al estar depositando una capa sobre una base de impresión y esta capa es el soporte de las siguientes capas, a medida que diferentes partes de la impresión se enfrían, se generan unas tensiones internas que hace que cada capa de la impresión se distorsione ligeramente, lo que provoca deformaciones o contracciones. Cuando tenemos piezas de gran tamaño, corren un riesgo especial de deformación debido a las grandes variaciones de temperatura. La solución, en la gran mayoría de casos, consiste en crear una balsa de impresión o un borde, para así tener una mayor superficie de contacto e impedir que las capas se despeguen. Por tanto, una buena adhesión de la primera capa y tener una cama calefactada ; juegan un papel importante ya que limita la probabilidad de deformación o distorsión (Fig. 35). JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 34 Fig. 35. Efecto Warping. Fuente: Elaboración propia. Cracking (8) Al igual que el warping , este efecto es producido debido a la alta contracción térmica y las tensiones internas del material debido al enfriamiento. Cuando imprimimos a una temperatura inferior a su rango de temperaturas adecuadas, si depositamos filamento en una capa, y transcurre un cierto periodo de tiempo hasta que se deposita de nuevo la siguiente capa , es posible que la capa inferior se haya enfriado , por lo tanto existe una diferencia de temperaturas importantes y esto produce tensiones internas entre las capas, que se traduce en una separación de las mismas (Fig. 36) . Cuando imprimimos con HIPS o ABS, al tener las mismas cualidades, es recomendable que la impresora este alejada de corrientes de aire, ya que esto impedirá que se produzca este fenómeno con mayor medida, ya que las capas inferiores se enfriaran más rápido. Esto es algo que se ha podido comprobar, ya que cuando la impresora estaba expuesta a corrientes de aire, el resultado nunca era favorable. Fig. 36. Efecto Cracking. Fuente: Elaboración propia. Teniendo en cuenta estos dos efectos principales, se buscan los rangos de temperaturas óptimos aplicados al HIPS y al ABS. El rango de temperaturas del HIPS se encuentra entre 220-230-240 ºC siendo los 230 º C su temperatura óptima. En el caso del ABS , los rangos de temperaturas van desde 220-230-240 ºC mientras que su temperatura JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 35 óptima se encuentra en 240 ºC. En ambos casos, a diferencia de las impresiones con PLA, es imprescindible usar cama caliente para evitar el efecto warping ya mencionado. La cama caliente estará precalentada a 80ºC. Respecto al PETG, al tener una termodilatación baja, permite la impresión de grandes volúmenes sin efecto warping ni cracking, aunque es recomendable el uso de cama caliente. La temperatura óptima la encontramos a 230 ºC con un rango de temperatura de 220-230-240 º C. La cama caliente también estará precalentada a 80ºC. (Fig. 37) Fig. 37. Impresión con PETG. Fuente: Imagen del autor 2. Parámetros constantes • Densidad y patrón de relleno: Los objetos creados con impresión 3d no tienen por qué ser macizos. Para ahorrar material y disminuir el tiempo de producción con el respectivo coste que supone, las piezas se imprimen con una estructura interna conocida como relleno. El relleno es un factor que permite que las piezas se impriman más rápido y de manera más rentable. Este relleno regulable es ajustado con un patrón de relleno. Por tanto dentro del relleno de la pieza existen dos factores fundamentales, la densidad de relleno y el patrón de relleno. La densidad puede ser ajustada entre un valor del 0-100%(0% significa que la JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 36 pieza está totalmente hueca y 100% totalmente maciza). En la figura 38 podemos observar la relacion entre distintos porcentajes de relleno desde el (10-20-40 )% mientras que el patron de relleno nos muestra diferentes configuraciones internas que podemos seleccionar. En los distintos laminadores del mercado, podemos ver como por defecto, el valor de la densidad de relleno se situa en un 20% ya que es adecuado para la mayoria de impresiones 3d. Es importante saber la aplicación de nuestro objeto impreso para así,seleccionar la densidad de relleno optima. Para las pruebas se usará una densidad de relleno del 10%,ya que se encuentra dentro de los valores minimos recomendados, ahorrando significativamente tiempo y costes de producción. En algunos laminadores es posible ir variando la densidad de relleno de la pieza, aportando mas o menos densidad en aquellas zonas que lo necesiten. En nuestro caso la densidad será uniforme en todo su recorrido. (8) Fig 38. Densidades de relleno. Fuente: Elaboración propia En la configuracion de relleno de la pieza, existe un parametro denominado patrón de relleno. Se usara una configuracion tipo rejilla o tambien denominado relleno rectangular. En la Figura 39 se puede observar los distintos tipos de patrones mas usados en impresión 3d. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 37 Fig. 39. Patrones de relleno. Fuente: Elaboración Propia. Como vemos existe una gran variedad de patrones para el relleno de piezas, se ha querido seleccionar un patrón que nos asegure una union perfecta entre el interior de la pieza y su perimetro. Dentro de esta categoria el patron estandar para la mayoria de impresiones es el de rejilla ya que otorga resistencia en todas las direcciones y es relativamente mas rápido de imprimir que otros patrones. • Velocidad de impresión: La velocidad de impresión afecta directamente al tiempo de impresión de la figura. La velocidad de impresión tiene un impacto fundamental respecto al resultado. Cuanto mas rapido es este valor, significa que el extrusor tiene que aplicar una mayor fuerza. Cada vez que el extrusor cambia de dirección, se produce inercia, que puede causar pequeñas vibraciones que afecten al resultado creando ciertas imperfecciones. Cuando imprimimos a velocidades mas bajas , esta inercia se reduce consiguiendo un mejor resultado. La velocidad tambien aumenta la presión en el extrusor, y esto puede producir sobre extrusion de plástico en algunos momentos ya que , cuando el extrusor se detiene o reduce la velocidad , la presion hace que el filamento siga saliendo por la boquilla del extrusor. (34) (35). Generalmente se suele imprimir a 50 mm/ s para conseguir un buen equiibrio entre tiempo de impresión y calidad. Por tanto, las probetas estarán impresas a 50 mm/s. En la figura 40, observamos los valores tomados para la realización de las probetas. Para mejorar el resultado normalmente las capas exteriores del perimetro se suelen imprimir a una velocidad inferior (25mm/s) que las capas de relleno interior (50mm/s) JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 38 Fig. 40. Velocidades de impresión.Laminador Cura. Fuente: Elaboración propia La definicion del resto de los parametros mas secundarios; se muestra en la figura 41. Fig. 44. Parámetros constantes usados. Fuente: Elaboración propia JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 45 PROBETA DIMENSIONES DESPUÉS ( MM) PLA blanco _C3_1 100 MICRAS 210 ºC ROTURA, ROTURA , 49´5 PLA blanco _C3_2 100 MICRAS 210 ºC ROTURA, ROTURA , 49´8 PLA BQ _C3_3 100 MICRAS 210 ºC ROTURA, ROTURA , 49´0 PLA blanco _C3_5 100 MICRAS 210 ºC ROTURA, ROTURA , 49´7 PLA blanco _C4_4 200 MICRAS 200 ºC ROTURA, ROTURA , 49´6 PLA blanco _C4_5 200 MICRAS 200 ºC ROTURA, ROTURA , 49´7 PLA blanco _C5_1 200 MICRAS 220 ºC ROTURA,ROTURA,49´7 PLA blanco _C5_3 200 MICRAS 220 ºC ROTURA, ROTURA,49´8 PLA blanco _C5_4 200 MICRAS 220 ºC ROTURA, ROTURA,49´8 • Calidad de impresión: Respecto a calidad, la combinación que obtiene un mejor resultado es 100μ, aunque es la que mayor tiempo de producción necesita. No tiene tanta proporcionalidad respecto calidad-resistencia ya que a 300 micras se observa como tiene un valor superior a 200 μ, siendo peor calidad. • Temperatura de impresión: Respecto a temperaturas la mayor resistencia se obtiene a 220 ºC aunque a 200 ºC se obtiene un comportamiento más lineal. Por tanto en relación tiempo-resistencia, la mejor combinación es 220 ºC 200 μ, obteniendo un valor de 87,77 kg /cm². Si queremos el mayor valor de resistencia posible tendremos que combinar 220 ºC– 100 μ. Tenemos que tener presente el comportamiento a rotura de este material, para así saber cuáles son los valores máximos por combinación que podemos aplicar. Estos datos son interesantes ya que teniendo en cuenta la posible integración en la arquitectura efímera, si se aplicara, no podríamos llegar a los valores máximos ya que podríamos provocar daños a las personas cercanas. Para analizar estos datos, se realizan unas tablas que representan dentro de cada material y combinación de parámetros, cuales han sido aquellas circunstancias que han hecho que un material alcance su punto de rotura. Cuando se encuentra estos casos, se mostrara y analizara el tipo de rotura y deformación. En este PLA en cuestion, se observa que la situacion con menos probabilidad de producir rotura se encuentran con las combinaciones C1 y C2,relacionado con la temperatura óptima y calidades media-baja. En cuanto subimos de calidad, o variamos la temperatura de la óptima (210ºC), el material tiene una mayor tendencia de rotura. Esta rotura siempre se produce en el punto de maximo esfuerzo. Cuando llega a este punto, se escucha un sonido rotundo y se desprenden las capas del perimetro de las capas de relleno Figura 90, con una fuerza de desprendimiento importante. La combinación con mayor probabilidad de rotura, en un 75% es aquella en la que su calidad es maxima , correspondiendo con el valor maximo de carga. y = 91,853x - 10,102 R² = 0,9935 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (Kg/cm2) Deformación (mm) 5,76 77,12 y = 104,75x - 10,83 R² = 0,9957 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) 10,44 74,80 y = 84,593x + 2,4508 R² = 0,9921 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 - 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) 11,28 77,20 y = 128,02x - 26,786 R² = 0,9972 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 - 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) Fig. 53. Tensión/Deformación PLA_B_C1 Fig. 54. Tensión/Deformación PLA_B_C2 Fig. 55. Tensión/Deformación PLA_B_C3 Fig. 56. Tensión/Deformación PLA_B_C4 Fig. 57. Tensión/Deformación PLA_B_C5 Fig. 58. Tensión/Deformación PLA_B_Comparativa Fig. 59. Rotura probetas PLA_B Fuente: Elaboración propia y = 67,265x - 4,0173 R² = 0,9913 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 - 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 - 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) PLA_B_C1 300m 210ºC PLA_B_C2 200m 210ºC PLA_B_C3 100m 210ºC PLA_B_C4 200m 200ºC PLA_B_C5 200m 220ºC Fig.53 Fig.54 Fig.55 Fig.57 Fig.58 Fig.59 Fig.56 JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 46 PROBETA DIMENSIONES DESPUES ( MM ) PLA marrón _C2_1 200 MICRAS 210 ºC ROTURA, ROTURA.50´1 PLA marrón _C2_2 200 MICRAS 210 ºC ROTURA, ROTURA,49´8 PLA marrón _C2_3 200 MICRAS 210 ºC ROTURA,ROTURA , 49´7 PLA marrón _C3_3 100 MICRAS 210 ºC ROTURA, ROTURA,48´8 PLA marrón _C3_5 100 MICRAS 210 ºC ROTURA, ROTURA, 49´8 PLA marrón _C4_1 200 MICRAS 200 ºC ROTURA,ROTURA,49´5 PLA marrón _C4_3 200 MICRAS 200 ºC 50´0 ,ROTURA,49´4 PLA marrón _C5_1 200 MICRAS 220 ºC ROTURA, ROTURA ,50´2 PLA marrón _C5_2 200 MICRAS 220 ºC ROTURA, ROTURA ,49´8 PLA marrón _C5_3 200 MICRAS 220 ºC ROTURA, ROTURA ,49´9 PLA marrón _C5_4 200 MICRAS 220 ºC ROTURA, ROTURA ,49´9 PLA marrón _C5_5 200 MICRAS 220 ºC ROTURA, ROTURA ,50´3 5,72 60,00 y = 91,727x - 25,944 R² = 0,9958 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) 7,60 89,92 y = 114,18x - 17,152 R² = 0,9922 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) 6,96 y = 91,091x - 13,111 R² = 0,9824 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) y = 114,32x - 21,342 R² = 0,9959 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) 8,88 y = 123,54x - 25,461 R² = 0,9901 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) Fig. 59. Tensión/Deformación PLA_M_C1 Fig. 60. Tensión/Deformación PLA_M_C2 Fig. 61. Tensión/Deformación PLA_M_C3 Fig. 62. Tensión/Deformación PLA_M_C4 Fig. 63. Tensión/Deformación PLA_M_C5 Fig. 64. Tensión/Deformación PLA_M_Comparativa Fig. 65. Rotura probetas PLA_M Fuente: Elaboración propia Fig.59 Fig.60 Fig.61 Fig.62 Fig.64 Fig.65 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 - 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) PLA_M_C1 300m 210ºC PLA_M_C2 200m 210ºC PLA_M_C3 100m 210ºC PLA_M_C4 200m 200ºC PLA_M_C5 200m 220ºC • Calidad de impresión: Respecto a la calidad, cuanto más elevado sea el espesor de capa, menor es la resistencia a compresión, por tanto la resistencia aumenta desde las 300 – 200 – 100 μ. Existe un cambio representativo entre las (100-200 μ) y las 300 μ. El comportamiento y resultados de 100 y 200 μ son similares mientras que las 300 μ muestra un cambio representativo conforme a disminución de resistencia • Temperatura de impresión: Respecto a la temperatura de impresión, los valores obtenidos son muy similares aunque de nuevo, la máxima resistencia se obtiene con la temperatura más elevada. De todas estas pruebas , la combinación con más resistencia es 100 μ -210 ºC con un valor total de 97.20 kg/cm².Si queremos obtener más resistencia , la mejor de las combinaciones será por tanto 100 μ – 220 ºC . Al igual que lo explicado con el PLA_B, las probetas con mayor resistencia, cuando llegan a su punto máximo estallan, por lo que tendremos que tener precauciones y no utilizar estas combinaciones si nuestro propósito es llegar hasta tales valores de resistencia. Respecto a la deformación obtenida por las demás probetas realizadas sin rotura, las deformaciones en todas sus caras están en un rango de (0.1-1)mm de media JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 47 • Calidad de impresión: No es un factor predominante, los resultados están muy igualados. • Temperatura de impresión: El parametro principal a tener en cuenta a la hora de imprimir PTEG es la temperatura de fusión, ya que cuando esta temperatura disminuye , lo hace también su resistencia. Cuando se imprime a 240 ºC, la mayor temperatura ensayada ,se obtiene la mayor resistencia aunque la calidad de impresión no sea la mayor. Por tanto , a igualdad de calidad de impresión, con una diferencia de 20 grados podemos pasar de obtener el mayor y el menor valor de resistencia. Se puede conseguir la mejor combinación a resistencia con 300 μ y 240 ºC. Esto es favorable ya que a menor calidad de impresión, menor es la cantidad de horas que tenemos que emplear para producir el mismo objeto. Los valores obtenidos con este material, nos hace remarcar su uso principal, envases de alimentos. Estos productos no destacan ( tampoco se necesita) por tener valores de resistencia mecánica a compresión elevadas. Ruido apreciable de capas que se separan unas de otras durante la carga, esta separación es claramente observable. No existe ninguna probeta que, llegado a su punto de máxima tensión , haya estallado, aunque en aquellas marcadas con rotura, significa que en algún punto, las capas de las paredes han llegado a separarse del relleno y = 20,243x - 4,1023 R² = 0,995 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) 2,60 15,92 y = 17,282x - 2,5204 R² = 0,9878 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) y = 16,991x - 3,6897 R² = 0,9977 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 - 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) PTEG C3 Series2 Lineal (Series2) y = 21,492x - 3,8527 R² = 0,9974 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) y = 14,622x - 4,3146 R² = 0,9921 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 - 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) PROBETA DIMENSIONES DESPUES ( MM ) PTEG _C5_1 200 MICRAS 240 ºC 49´7,ROTURA,49´4 PTEG _C5_3 200 MICRAS 240 ºC 49´5,ROTURA,49´5 Fig. 66. Tensión/Deformación PETG_C1 Fig. 67. Tensión/Deformación PETG_C2 Fig. 68. Tensión/Deformación PETG_C3 Fig. 69. Tensión/Deformación PETG_C4 Fig. 70. Tensión/Deformación PETG_C5 Fig. 71. Tensión/Deformación PETG_Comparativa Fig. 72. Rotura probetas PETG Fuente: Elaboración propia PETG_C1 300m 230ºC PETG_C2 200m 230ºC PETG_C3 100m 230ºC PETG_C4 200m 220ºC PETG_C5 200m 240ºC Fig. 66. Fig. 67. Fig. 68. Fig. 70. Fig. 71. Fig. 72. Fig. 69. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 48 HIPS_C1 300m 230ºC HIPS_C2 200m 230ºC HIPS_C3 100m 230ºC HIPS_C4 200m 220ºC HIPS_V5 200m 240ºC y = 37,577x - 11,306 R² = 0,9803 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) y = 29,617x - 5,8064 R² = 0,989 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) y = 31,991x - 6,397 R² = 0,9779 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) y = 43,367x - 11,258 R² = 0,9883 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) y = 37,693x - 9,9613 R² = 0,9917 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 02,1 00,1 08,0 06,0 04,0 02,0 - Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 - 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) PROBETA DIMENSIONES DESPUES ( MM ) HIPS _C1_1 300 MICRAS 230 ºC ROTURA,ROTURA,49´5 HIPS _C3_4 100 MICRAS 230 ºC ROTURA,ROTURA,49´9 HIPS _C4_2 200 MICRAS 220 ºC ROTURA,50´7,50´0 HIPS _C5_5 200 MICRAS 240 ºC ROTURA,ROTURA,49´8 • Calidad de impresión: El poliestireno de alto impacto tiene un comportamiento similar en todos sus rangos de impresión de calidad • Temperatura de impresión: Es el factor predominante. Cuanto mayor temperatura, mayor resistencia a compresión. Este material tiene una contracción térmica muy elevada y le afecta mucho los cambios de temperatura durante su impresión. Por tanto a mayor temperatura, mayor cohesión existe entre las capas de la pieza, por lo que la resistencia aumenta. La mejor combinación se encuentra a 200 μ – 240 ºC de temperatura de fusión y 80 ºC de temperatura de base de impresión por lo que obtenemos un valor de 32.76 kg/cm² No tiene roturas elevadas. Estas roturas suelen estar situadas en los ángulos de las uniones del perímetro. Las piezas a diferencia del PLA, cuando llegan a su punto de máxima tensión, no estallan. Las deformaciones en las piezas sin rotura, se encuentran en valores entre 0.10.7mm Fig. 73. Tensión/Deformación HIPS_C1 Fig. 74. Tensión/Deformación HIPS_C2 Fig. 75. Tensión/Deformación HIPS_C3 Fig. 76. Tensión/Deformación HIPS_C4 Fig. 77. Tensión/Deformación HIPS_C5 Fig. 78. Tensión/Deformación HIPS_Comparativa Fig. 79. Rotura probetas HIPS Fuente: Elaboración propia Fig. 73. Fig. 74. Fig. 75. Fig. 77. Fig. 78. Fig. 79. Fig. 76. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 49 ABS_C1 300m 230ºC ABS_C2 200m 230ºC ABS_C3 100m 230ºC ABS_C4 200m 240ºC ABS_V5 200m 250ºC 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2,118,06,04,02,00 Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2,118,06,04,02,00 Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2,118,06,04,02,00 Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2,118,06,04,02,00 Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2,118,06,04,02,00 Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) PROBETA DIMENSIONES DESPUES ( MM ) ABS _C2_1 200 MICRAS 230 ºC ROTURA,ROTURA,49´1 ABS _C2_5 200 MICRAS 230 ºC ROTURA,ROTURA,49´4 ABS _C3_2 100 MICRAS 230 ºC ROTURA,50´2,50´0 ABS _C3_3 100 MICRAS 230 ºC ROTURA,ROTURA,50´1 ABS _C3_4 100 MICRAS 230 ºC ROTURA,ROTURA,50´1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2,118,06,04,02,00 Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) • Calidad de impresión: Respecto a la calidad aunque la curvatura de cada una de ellas sea diferente, con un comportamiento mas o menos lineal, el punto de rotura alcanzado es prácticamente el mismo en los 3 casos. • Temperatura de impresión: Respecto a la temperatura, si que vemos un cambio significativo, ya que cada aumento de temperatura, hace que el acabado de la pieza sea mejor. Se ha observado que a mayor temperatura, se reduce drásticamente los fenómenos conocidos como warping y cracking y esto influye muy significativamente en el valor resistente. La temperatura por tanto con mejor resultado es 250º C. Cuando nos encontramos piezas con rotura, podemos ver que se despegan en ciertos puntos el perímetro del relleno pero que en ningún momento llega a estallar. Emite un sonido intenso justo antes de llegar a su punto de máximo esfuerzo. Las deformaciones de las piezas sin rotura van desde un rango de (0.1-0.8)mm Fig. 80. Tensión/Deformación ABS_C1 Fig. 81 Tensión/Deformación ABS_C2 Fig. 82. Tensión/Deformación ABS_C3 Fig. 83. Tensión/Deformación ABS_C4 Fig. 84. Tensión/Deformación ABS_C5 Fig. 85. Tensión/Deformación ABS_Comparativa Fig. 86. Rotura probetas ABS Fuente: Elaboración propia Fig. 80. Fig. 82. Fig. 84. Fig. 85. Fig. 86. Fig. 81. Fig. 83. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 50 Fig.64 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 - 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 PLA_M_C1 300m 210ºC PLA_M_C2 200m 210ºC PLA_M_C3 100m 210ºC PLA_M_C4 200m 200ºC PLA_M_C5 200m 220ºC - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 - 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Deformación (mm) PLA_B_C1 300m 210ºC PLA_B_C2 200m 210ºC PLA_B_C3 100m 210ºC PLA_B_C4 200m 200ºC PLA_B_C5 200m 220ºC Fig.58 2,118,06,04,02,00 Deformación (mm) Fig. 85. ABS_C1 300m 230ºC ABS_C2 200m 230ºC ABS_C3 100m 230ºC ABS_C4 200m 240ºC ABS_V5 200m 250ºC - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 - 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Deformación (mm) Fig. 78. HIPS_C1 300m 230ºC HIPS_C2 200m 230ºC HIPS_C3 100m 230ºC HIPS_C4 200m 220ºC HIPS_V5 200m 240ºC En estas comparativas tenemos dos grupos principales: - El grupo 1 compuesto por 2 tipos diferentes de PLA que podemos comparar entre sí, ya que están impresos con las mismas combinaciones. Se observa como el valor máximo se obtiene con PLA_M. Este tiene un comportamiento mas lineal que el PLA_B. - El grupo 2 compuesto por HIPS, ABS Y PETG. Se tiene que observar que las combinaciones sean idénticas para poder compararlos entre sí. Se observa como el HIPS y ABS tienen propiedades mecánicas a compresión y comportamientos similares. Estos dos materiales, en su proceso de impresión sufren ambos las mismos fenómenos de warping y cracking, aunque el HIPS lo sufra con menor medida. Su consecuencia se traduce en que el HIPS tiene un comportamiento similar en todas sus combinaciones mientras que el ABS, tiene mayores problemas respecto a la temperatura. Se observa que el material con menos resistencia mecánica a compresión es el PETG. - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 - 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Tensión (kg/cm²) 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 Tensión (kg/cm²) Tensión (kg/cm²) Deformación (mm) Deformación (mm) PETG_C1 300m 230ºC PETG_C2 200m 230ºC PETG_C3 100m 230ºC PETG_C4 200m 220ºC PETG_C5 200m 240ºC Fig. 71. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 51 CONCLUSIONES Después de haber realizado el estudio de cada material y la comparación entre ellos, podemos concluir que el material con mayor resistencia mecánica a compresión es sin duda el PLA y esto es una gran noticia por varias razones. El uso de polímeros de la petroquímica introdujo grandes beneficios, pero cada vez es más evidente, que su empleo ocasiona daños al medio ambiente. Existe una preocupación debido a este impacto, ya que los desperdicios de estos plásticos son cada vez mayores, con baja degradabilidad. Hoy, el mayor porcentaje de residuos sólidos lo aportan los plásticos tradicionales, obtenidos con recursos no renovables, con la contaminación que eso supone en el proceso de extracción , transporte y refinación. Como ejemplo, el Plan Nacional integrado de Residuos que se desarrolló para el año 2008-2015 ya preveía la disminución de estos residuos, recomendando reducir la cantidad y nocividad de los residuos de envases, se limitaban la cantidad de bolsas de un solo uso al 50% y proponía establecer un calendario para la sustitución de plásticos no biodegradables y prohibir su utilización progresiva a partir del 2010. Varios años después, aún seguimos utilizando este tipo de plásticos provenientes de fuentes no renovables, pero esto puede y debe cambiar. A diferencia de los polímeros convencionales, el PLA es biodegradable e independiente de aquellos recursos no renovables como el petróleo, ya que se obtiene de recursos agrícolas renovables. Por tanto esta ventaja implica la disminución de volúmenes de residuos sólidos. Al final del ciclo de vida de un producto basado en PLA, este puede descomponerse en sus partes más simples de manera que no quede ninguna señal del producto original. Si nos centramos en el mercado de los polímeros biodegradables, el PLA, en el año 2009, ocupaba el 90% del consumo mundial con 659000 toneladas. Esta cuota pasa desapercibida si lo comparamos con el consumo de plásticos a nivel mundial, ya que solo representa el 1% aproximadamente. Con la impresión 3d se ha abierto una nueva vía para el desarrollo y la comercialización del PLA y la tendencia a sustituir nuestros productos por unos más respetuosos con el medio ambiente. Esto hizo que en china pasaran de una producción de 80.000 toneladas JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 52 de PLA en 2007 frente a las 150.000 en el 2009 ya que el mercado asiático abastece al resto del mundo en gran medida. Otra factor que nos puede hacer decantarnos por el PLA, además de su resistencia mecánica, es la comparación del consumo con otros materiales. Resulta interesante compararlo respecto a la energía necesaria para fabricarlo, el agua usada y las emisiones que produce un kilo de material. (Fig. 76). Fig. 76. Comparación de consumo PLA vs plásticos varios. Fuente: PFC Antonio Relaño Además el PLA, es el más sencillo de imprimir con diferencia ya que no recoge los fenómenos descritos anteriormente como warping, ni cracking. No le afecta las corrientes de aire durante la impresión, esto es favorable ya que podemos estar trabajando con PLA en lugares con buena ventilación ya sea natural o forzada, sin tener preocupaciones sobre el comportamiento del mismo, diferenciándose del ABS que, por el contrario, al fundirlo desprende gases nocivos para la salud. El PLA no necesita base de impresión calefactada, lo que también supone un ahorro energético frente a otros materiales que si necesitan. ¿Cómo podemos aplicar estos materiales y técnicas a la arquitectura? Siempre que construimos un proyecto arquitectónico, produce un impacto en el medioambiente, ya sea por los procesos de fabricación de los materiales, por el transporte o por la puesta en obra entre otros; obra que normalmente genera una gran cantidad de residuos. ¿No deberíamos de evolucionar hacia sistemas con menos residuos y mejores para el medio ambiente? Existen una gran cantidad de programas que nos permiten realizar geometrías muy complejas, pero que hasta ahora, debido a los métodos de construcción actuales, es difícil de conseguir. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 53 El futuro de la arquitectura deberá de evolucionar a unos métodos de construcción más exactos, con menos errores en la producción. Con la impresión 3d, podríamos lograr resultados 100% exactos, disminuyendo en gran medida la producción de residuos, de producción local y que, al cabo de unos años, cuando se acabe la vida útil del edificio, se pueda reciclar 100%. En el caso de no ser reciclado, si construimos con polímeros provenientes de recursos naturales, biodegradables, se degradará con el paso del tiempo con un menor impacto para el planeta, y esta, debe de ser nuestra mentalidad como próximos creadores de espacios y formas de vida. No nos referimos a la prefabricación de los productos a colocar en obra, nos referimos a que se podría tener la propia fabricación en obra, si en la misma situamos dispositivos como las impresoras 3d. Estas impresoras, vista la rápida evolución de la tecnología y los volúmenes de impresión que están consiguiendo (cada vez mayores) pueden llegar a desarrollarse hasta un punto tal que puedan imprimir una vivienda de una única pieza de 0 a 100. ¿Os imagináis como seria, el mismo sistema de fabricación pero evolucionado y multiplicado su escala? Me imagino un sistema de impresión, que pudiera ser trasladado fácilmente y llevado hasta el lugar de construcción y, una vez allí, después de sus ajustes y calibración, comenzar a imprimir y trabajar 24 horas/día. Los plazos de entrega de estos proyectos se verían reducidos considerablemente. La implementación de los plásticos mediante impresión 3d en arquitectura, no es para nada descabellada, ya que si tenemos en cuenta los estudios realizados sobre las propiedades mecánicas de otros elementos de construcción tradicionales como son los ladrillos cerámicos, la resistencia de estos oscila entre 13.36 a 65 kg/cm2. Estos datos indican que con plásticos, podemos alcanzar la misma resistencia y incluso superar los valores obtenidos de ladrillos macizos cerámicos para mampostería. El máximo valor obtenido, ha sido con PLA_M con una resistencia a compresión de 97,20 Kg/cm2. Un punto desfavorable para la aplicación de los plásticos con impresión 3d en arquitectura, ya conociendo su comportamiento estructural, es la resistencia al fuego. Por tanto, actualmente este tipo de arquitecturas solo se podrían concebir si son efímeras o temporales. Si en el proceso de fabricación de estos plásticos, se le pudiera añadir resistencia al fuego una vez impreso, las aplicaciones podrían multiplicarse. Es una tecnología en desarrollo, pero si sigue evolucionando como hasta ahora, podrían tener grandes aplicaciones en un futuro inmediato en arquitectura. JESÚS CABRERA RUIZ. TFG. EVALUACIÓN MECÁNICA DE POLÍMEROS ECOLÓGICOS 54 BIBLIOGRAFÍA 1. Schwab K. La cuarta revolución industrial [Internet]. [cited 2018 Jun 30]. Available from: https://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=BRonDQAAQBAJ&oi=fnd&pg=PT3&dq=re volucion+industrial+impresion+3d&ots=IqWaFygCXv&sig=4uXj_qAZ39H6JeuZ0Q551Z8 X6w8#v=onepage&q=impresion 3d&f=false 2. RepRap/es - RepRap [Internet]. [cited 2018 Jun 30]. Available from: https://reprap.org/wiki/RepRap/es 3. Lebreton L, Slat B, Ferrari F, Sainte-Rose B, Aitken J, Marthouse R, et al. Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic. Sci Rep [Internet]. 2018 Dec 22 [cited 2018 Jul 1];8(1):4666. 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