DESARROLLO DE UN MÉTODO NUMÉRICO DE HOMOGENEIZACIÓN PARA LA OBTENCIÓN DE PROPIEDADES MECÁNICAS DE PATRONES DE FABRICACIÓN POR MANUFACTURA ADITIVA. APLICACIÓN EN PRÓTESIS DE PIE ARTICULADO

MONTERO AGUILERA, PABLO ESTEBAN

2018

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La presente investigación se enfoca en definir las propiedades mecánicas de dos tipos de patrones de impresión producidos por el método de impresión por deposición de material fundido (FDM) fabricados por medio de la impresora tridimensional Zortrax M200, donde los patrones difieren en el grado de relleno con el cual son construidos. La importancia de estos reside en que corresponden a la estructura interna de los objetos que se elaboran mediante este tipo de impresión 3D.Para analizar esta problemática es necesario indicar que una vez que la pieza ha sido construida, su estructura se compone de láminas anisotrópicas [1], por lo que las propiedades mecánicas del producto final no son las mismas en distintas direcciones y, por ende, son distintas al del material base con el cual se construyen.La empresa TakeaHand utiliza esta técnica de manufactura en la construcción de los componentes de su prótesis transtibial, donde el material que emplean corresponde al ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno). De allí la importancia de este trabajo, dado que los resultados pueden ser utilizados, en un estudio posterior, para evaluar el comportamiento de la prótesis sometida a un sistema de cargas correspondientes al ciclo de caminata del ser humano [2].Para caracterizar las propiedades mecánicas, que son el módulo de Young, módulo de Poisson y módulo de Corte, se propone una vía basada en las teorías de Elasticidad y Homogeneización.Determinada la morfología de los patrones de impresión, se decide simplificar el modelo, removiendo los contornos de los patrones, con lo cual se trabaja como si solo la estructura de estos se conformara de cuadrículas. Esto facilita el empleo de la teoría de Homogeneización, dado que permite tratar el patrón de impresión como un material heterogéneo periódico permitiendo identificar un volumen representativo elemental (VRE). A partir de la teoría de Elasticidad se determinan las condiciones de borde que se deben fijar sobre el VRE. Aquello se lleva a cabo mediante simulaciones numéricas por medio del software comercial de elementos finitos Ansys Workbench.Los datos derivados de la simulación son procesados para obtener las propiedades mecánicas. Para corroborar aquellos resultados numéricos, es necesario contrastar el valor de la constante ingenieril Ezz con aquella alcanzada teóricamente mediante la teoría de Mezclas, dado que esta última solo permite la obtención de dicha propiedad.A partir de allí, se confirma que la vía propuesta en esta investigación es apropiada, debido a la similitud del valor de Ezz entre el resultado numérico y teórico. Lo que conlleva a validar las demás propiedades mecánicas derivadas de las simulaciones.

IMPRESION 3D||MANUFACTURA ADITIVA||PROPIEDADES MECANICAS||SIMULACION NUMERICA||TEORIA DE ELASTICIDAD||TEORIA DE HOMOGENEIZACION;