Investigación y desarrollo para la fabricación de estructuras 3D a partir de la tecnología additive manufacturing destinadas al sector de la industria creativa y de la salud

Aitex participa en el proyecto 3DTEX: fabricación aditiva de estructuras 3D

Aitex, Instituto Tecnológico Textil15/05/2019

La tecnología de fabricación aditiva, (additive manufacturing, AM) es una tecnología que en los últimos años está ganando posiciones en nuestra industria. Después de más de tres décadas de investigación y desarrollo, la tecnología de fabricación aditiva continúa creciendo, se introducen cada año nuevos materiales, aplicaciones y nuevos modelos de negocio. Del mismo modo, se están incorporando al uso de la fabricación aditiva, muchos sectores que, hasta ahora, veían esta tecnología solamente útil para el desarrollo de producto o el diseño de pieza. De hecho, las piezas funcionales realizadas por procesos aditivos para series cortas, o prototipos funcionales representan alrededor de un 30% del total de las piezas fabricadas.

El principal reto del proyecto ha consistido en investigar el proceso de aditivación de los filamentos empleados en la impresión 3D para obtener piezas funcionales y estudiar todas las tecnologías que abarca la fabricación aditiva para imprimir piezas inteligentes. Esto permitirá que la tecnología de additive manufacturing sea considerada como uno de los procesos más competitivos para la fabricación de piezas en muchas aplicaciones.

Impresión en 3D flexible sobre tejido.

Aitex, dentro del proyecto 3DTEX ha investigado y desarrollado estructuras 3D a partir de la tecnología additive manufacturing. Este proyecto ha contado con el apoyo de la Conselleria d’Economia Sostenible, Sectors Productius, Comerç i Treball de la Generalitat Valenciana, a través del Ivace.

El proyecto 3DTEX ha tenido como principal objetivo la funcionalización de materiales termoplásticos y el desarrollo de estructuras 3D para sectores tan diversos como el de la industria creativa, salud o composites de altas prestaciones, todo mediante la tecnología de impresión 3D como hilo conductor.

La puesta en marcha del proyecto 3DTEX ha brindado la oportunidad de personalizar los productos textiles de una empresa. Se han obtenido complementos impresos sobre tejidos que requieran una gran complejidad de fabricación, siendo estos complementos: ligeros, ergonómicos y adaptados a las exigencias del cliente en cuanto a dimensiones, formas y peso. Las ventajas asociadas al proceso de fabricación 3D son múltiples: reducción del ‘time to market’ de nuevos diseños, disminución de los costes de inversión en utillaje, obtención de productos con series cortas, mayor flexibilidad y prototipado rápido.

Impresión en 3D flexible sobre tejido fluorescente.

Por otra parte, el proyecto 3DTEX ha permitido investigar acerca de los circuitos conductivos impresos sobre textil dando lugar a los tan nombrados Smart Textiles. Con ellos se han logrado tejidos que emiten luz o monitorizan parámetros como la temperatura, la presión o incluso variables biológicas como el ritmo cardíaco. La utilización de circuitos conductivos en la moda tiene un gran potencial. El hecho de que la impresión 3D sea una tecnología sencilla, sin costes de instalación y con la que se pueden obtener estructuras personalizadas, puede hacer que el sector de la moda dé un giro de 180º donde se fusionen propiedades fashion y Smart. Con la tecnología de additive manufacturing se pueden imprimir circuitos conductivos con filamentos termoplásticos que se funden por medio de un cabezal calefactado hasta su punto de fusión. El material fundido se deposita en el tejido formando el circuito diseñado y en el que, posteriormente, se integran los sensores de luz, temperatura o presión. Las ventajas/beneficios de obtener tejidos sensorizados con esta tecnología son la reducción de tiempos de los circuitos, el aumento de adaptación a los continuos cambios de la demanda, la reducción de errores en la producción, la reducción de costes extras de fabricación al prescindir de utillaje y el aumento en el grado de precisión del producto terminado. Se ha de tener en cuenta que no todos los tejidos ni filamentos son compatibles entre sí. Tras realizar las impresiones 3D con soportes textiles de diferente naturaleza (algodón, poliéster y sus mezclas) y con material termoplástico conductor de distinta composición (ácido poliláctico aditivado con carbono entre otros), se ha evaluado la resistencia a la adhesión del conjunto en original y tras lavado en condiciones estándar.

Impresión en 3D de sensores para diferentes tejidos.

En cuanto a la línea de funcionalización de polímeros termoplásticos, en el proyecto 3DTEX las investigaciones se han centrado en polímeros con valor añadido con propiedades térmicas y conductoras. El PEEK es un polímero cuyas propiedades térmicas intrínsecas superan en gran medida al resto de polímeros del mercado, permitiendo evolucionar a la industria 3D a sectores punteros como el aeronáutico o la automoción. Los polímeros con buenas propiedades de conducción eléctrica también se abren paso en el mercado, gracias a su amplio abanico de posibles aplicaciones, para ello nos centramos en el PLA, un polímero relativamente económico y con buen comportamiento en el proceso de impresión 3D, que al ser aditivado con diferentes nanopartículas de grafeno o nanotubos de carbono adquiere la propiedad eléctrica que veníamos buscando. Todos estos polímeros han de presentar buen comportamiento en las impresoras 3D, para ello se utilizan aditivos de tamaño nanométrico con el fin de evitar el taponamiento del cabezal de impresión. Tras la prueba de impresión preliminar se procede a medir la conductividad del polímero, tanto en probetas inyectadas como en probetas impresas con el fin de generar una comparativa.

Fabricación aditiva con diferentes filamentos, incluidos algunos con grafeno.

Por otro lado, dentro del campo de la salud se está trabajando en el desarrollo de estructuras dentales desmontables con el fin de simular entornos reales para su posterior manipulación e integración de velos de nanofibra, con la posibilidad de realizar incisiones flexibles en las estructuras generadas. Los resultados obtenidos de esta línea de trabajo van encaminados a poder validar, trabajando sobre entornos y condiciones lo más similares a las reales, los desarrollos obtenidos en otro proyecto llevado a cabo por el grupo de acabados técnicos y salud ‘Dentaltex’ donde se está desarrollando un prototipo formado por un velo de nanofibras, compuesto por 2 caras distintas en las que cada una de ellas posee un aditivo añadido distinto y que cumple entre otros con los requisitos de ser bioabsorbible, no tóxico y no antigénico. El cual favorece la proliferación de células óseas o dentales, siendo capaz de liberar principios activos específicos para las diferenciadas zonas de aplicación (sales minerales para la zona ósea y un factor de crecimiento del cemento para la zona dental) y de manejo sencilla.

Otra línea de investigación desarrollada en este proyecto se trata de la fabricación de núcleos honeycomb. Los núcleos honeycomb son elementos de baja densidad que se utilizan como refuerzo junto con tejidos técnicos como pueden ser los tejidos de vidrio, carbono o kevlar en la construcción de paneles tipo sándwich, estos núcleos proporcionan al material compuesto una gran resistencia a esfuerzos de compresión, minimizando el peso del producto final. Actualmente en la industria solamente se fabrican núcleos con la forma clásica del panel de abeja y con una variedad limitada de materiales como por ejemplo papel, nomex o aluminio. La ventaja de la impresión 3D para el desarrollo de este tipo de núcleos, es la versatilidad para obtener geometrías imposibles de fabricar en la actualidad por ningún otro tipo de proceso industrial además de poder estudiar su respuesta a distintos esfuerzos mecánicos como son la compresión o el impacto.

Mediante la ejecución del proyecto 3DTEX se han obtenido los siguientes resultados:

Diseño e impresión de estructuras honeycomb para la utilización como núcleos en composites.
Desarrollo de estructuras dentales con diferentes materiales y tecnologías de impresión.
Caracterización de propiedades de biocompatibilidad de las resinas utilizadas.
Desarrollo de compounds de PLA con Nanografeno y negro de humo superconductor para filamentos conductores.
Desarrollo de piezas biodegradables impresas en soporte textil.
Desarrollo de piezas impresas sobre textil para moda.
Desarrollo de circuitos conductivos impresos sobre sustratos textiles.

Cabe destacar que el conocimiento generado sobre la impresión 3D en nuevos sectores de aplicación, con nuevos materiales y nuevos soportes puede destinarse no sólo en los campos de industria creativa y salud si no también en el de deporte, ocio, automoción entre otros, dotando al sector textil y de confección de la Comunidad Valenciana de productos y metodologías de integración innovadoras con multitud de aplicaciones.