Estudio de las aplicaciones de manufactura aditiva en materiales poliméricos estructurales con porosidad aleatoria

Abstract

Las estructuras porosas aleatorias están presentes en un sin número de formas de la naturaleza como en un hueso o esponja. Obtener este tipo de estructuras resulta un reto por el nivel de detalle y complejidad estructural, existen algunas formas de modelamiento entre ellas están la optimización topológica, los diagramas Voronoi, o patrones con diferentes formas. En aplicaciones prácticas de materiales porosos, no solo se requiere de una conectividad tridimensional adecuada de la red de la estructura, sino también de una alta porosidad y tamaño del poro adecuado. El objetivo del presente estudio es diseñar, fabricar y caracterizar estructuras poliméricas con porosidad aleatoria en resina elástica 50 A. El diseño es de tipo paramétrico, lo que significa que se pueden obtener varios modelos gracias a la combinación de parámetros de entrada que pueden modificarse en caso de observar fallas en la previsualización de la estructura. Para la fabricación de las estructuras porosas se emplea el método de Estereolitografía (SLA), se consideraron parámetros como la orientación, ubicación de soportes de impresión y el manejo de tiempo de limpieza y curado. Finalmente, se obtuvieron las estructuras con porosidades de 91.0%, 84.5% y 79% de 30, 65 y 100 puntos, respectivamente. Los ensayos aplicados a las estructuras evalúan permeabilidad experimental, deformación y resistencia mecánica. Con el modelo CAD se determinó la porosidad teórica y el área de superficie mediante el rebanado de la estructura porosa. Los resultados revelan que al cambiar el número de puntos que se distribuyen de forma aleatoria en la geometría, las celdas Voronoi son de menor tamaño, cambia la porosidad de las estructuras, controlando la permeabilidad y las propiedades mecánicas de las estructuras facilitando su caracterización.