Cada vez es más evidente que la impresión 3D ha dejado de ser un juguete curioso reservado para ferias tecnológicas. Actualmente, numerosas startups y pequeños negocios, siguiendo los principios de la industria 4.0., la están incorporando a sus procesos productivos para crear piezas finales de forma directa y personalizadas. En este contexto, el Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación de la Universidad de Córdoba ha estudiado cómo optimizar las características de las superficies impresas en 3D con un objetivo muy concreto: que se limpien por sí solas.
El concepto de superficie autolimpiante no es nuevo. Por ejemplo, en edificación o automoción se usan desde hace tiempo recubrimientos de este tipo en superficies acristaladas. “Este recubrimiento ayuda a que las gotas de agua rueden más fácilmente por la superficie y arrastren con ellas las partículas de suciedad que encuentran a su paso” explica Pablo Romero, autor del estudio junto a Juan Manuel Barrios.
Existen otros sectores donde también es importante obtener superficies autolimpiantes. Uno de ellos es el de las señales de tráfico, en el que ya se usa la impresión 3D para imprimir focos para señales luminosas. La seguridad vial en las carreteras depende en gran medida de que estas señales estén limpias y sean bien visibles por los conductores, por lo que es interesante contar con elementos que se limpien de forma autónoma con la ayuda de la lluvia o de las gotas de rocío mañanero.
La investigación ha analizado, por un lado, las características de rugosidad de las superficies impresas en 3D. Lo ideal es producir superficies con muy poco relieve y un buen acabado para evitar que el polvo se incruste y las partículas de suciedad puedan ser retiradas más fácilmente. Por otro lado, se han estudiado sus características hidrofóbicas, es decir, su capacidad para repeler el agua. De este modo, las gotas de agua rodarían más fácilmente por la superficie, llevándose consigo esas partículas de suciedad que ya tienen difícil adherirse al material.
Con el objetivo de implementar esta investigación de forma práctica a las empresas, el grupo de investigación ha creado, además, modelos de fácil interpretación que permiten predecir las propiedades superficiales de las piezas antes incluso de imprimirlas.
Las impresoras 3D tienen multitud de parámetros de operación en función de los cuales se pueden modificar las características superficiales del componente impreso. Para crear estos modelos, mediante técnicas de minería de datos, han analizado los parámetros de impresión que más influyen en las características autolimpiantes de las superficies. Según el investigador, “gracias a estos modelos, los operarios que manejan los equipos de impresión pueden fácilmente conocer qué valores deben de ajustar en la impresora para obtener la pieza con las características autolimpiantes buscadas”.
El estudio se ha realizado en colaboración con la empresa cordobesa Estampaciones Casado, dedicada a la fabricación y al mantenimiento de señales de tráfico, que ha incorporado recientemente la impresión 3D para producir ciertos componentes de señales equipadas con luces LEDs. “Se trata de que nuestro trabajo de investigación resuelva problemas del mundo real y que repercuta de manera positiva en empresas de nuestro entorno”, señala Pablo Romero. En el estudio también ha participado la empresa jiennense Smart Materials 3D, fabricante de filamentos termoplásticos que se utilizan como materia prima en impresoras 3D.
A partir de ahora, el grupo trabajará en el proyecto del Plan Nacional FDM-Sur “Desarrollo de nuevos usos industriales para piezas impresas en 3D en base a una mejora de sus propiedades superficiales”. A través de él, intentarán optimizar las características de las superficies impresas en 3D para solucionar problema reales de las empresas de la región.
Además de profundizar en las características autolimpiantes de las piezas impresas en 3D, en este proyecto se mejorarán las propiadades superficiales de moldes impresos en 3D para fabricar piezas de espuma de poliuretano, como asientos de automóviles, colchones y almohadas. También se intentará reducir el anclaje del hielo en antenas de comunicaciones y otros elementos del fuselaje de drones y vehículos aéreos no tripulados que hoy se fabrican mediante impresión 3D.
Juan M. Barrios. Pablo E. Romero. Improvement of Surface Roughness and Hydrophobicity in PETG Parts Manufactured via Fused Deposition Modeling (FDM): An Application in 3D Printed Self–Cleaning Parts. MATERIALS. DOI: 10.3390/ma12152499
Juan M. Barrios. Pablo E. Romero. Decision Tree Methods for Predicting Surface Roughness in Fused Deposition Modeling Parts. MATERIALS. DOI: 10.3390/ma12162574