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PROYECTO DE INVESTIGACIÓN DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

Proyecto de Investigación: Ensayo a compresión de manillón Irarrázaval Martínez, Ignacio, Fuenzalida Rojas, Felipe. Godoy Pastenes, Nicolás. Moya Abarca, Felipe. Navarro Carreño, Felipe. Núñez Olmos, Rogelio.

Escuela de Ingeniería en Construcción PUCV

Abstract En este artículo se plantea la creación de un artefacto (manillón), creado con el material ácido poliláctico (PLA), mediante una impresora 3D que será el principal elemento para poder llevar el objeto creado en el programa Autodesk inventor 2017 a un objeto tangible, para posteriormente realizar ensayos de este a compresión y así comprobar la resistencia del material.

Introducción. La industria de la construcción suele utilizar ensayos tecnológicos para medir a través de probetas la resistencia de los materiales que serán utilizados. En este documento se explicará y detallará el comportamiento del material ácido poliláctico (PLA). Este polímero es un derivado de recursos renovables tales como el almidón de maíz o la caña de azúcar entre otros, que se utilizará para la realización de un manillón que será sometido al ensayo de compresión. Para esto se deberá construir una probeta con el propósito de llegar a resultados convincentes en relación a las fuerzas o cargas que resistirá a compresión. Ensayo a compresión: se define como "la resultante de las tensiones o presiones que existen dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección (coeficiente de Poisson).

El proyecto está pensado en realizar con material PLA una probeta inspirada en un manillón. Para ello se definirá el diseño de éste con sus respectivas medidas, posteriormente se realizará una modelación virtual del objeto por medio de un programa especializado (Autodesk Inventor) y finalmente se llevará el modelo a la impresión 3D para que una vez impreso sea sometido a ensayos de compresión. Autodesk Inventor es un programa para diseño mecánico avanzado en 3D, con modelado paramétrico, directo y libre, tiene una capacidad base para realizar diseño de piezas, sus dibujos y ensambles de partes. El objetivo de esta investigación está destinado en comprobar si es factible la implementación del material PLA y el uso de la impresora 3D al mundo de la construcción.

Desarrollo Los manillones son objetos que podemos apreciar comúnmente en nuestro alrededor, como en puertas, cajones, paredes de baños para discapacitados, ascensores, pasarelas, escaleras, etc. Algunos son giratorios (puertas) o fijos (paredes de ascensores). Siendo gran parte de estos manillones fabricados de latón, bronce, aluminio, hierro y otras aleaciones de metales menos comunes. En esta ocasión se compara las características de un manillon fabricado con acero versus un manillon fabricado con material PLA. Nuestra probeta a diseñar busca remplazar los manillones ya existentes, buscando así llevar al mercado una nueva innovación, reduciendo los costos y aumentando la resistencia, consiguiendo así un producto más factible de fabricar y comercializar.

Características del Acero El acero inoxidable abarca una gran cantidad ámbitos a los cuales logra dar solución (industrias, hogares, comercios, etc). Algunas de las propiedades más destacables de este material son: -Alta resistencia a la corrosión gracias a su alto contenido de cromo. -Es capaz de generar una capa protectora cuando entra en contacto con el ambiente. -No sufre alteraciones ni deterioros ante altas temperaturas.(resiste bien al fuego y no desprende humos tóxicos). -Amigable con el medio ambiente, debido a que está compuesto por 80% de materiales reciclados. -En lo mecánico, es un material dúctil, elástico, y una dureza ideal para trabajar en proyectos de toda índole.

Características del PLA El ácido polilactico es un material orgánico fabricado a partir de recursos renovables que nos ofrece una muy buena resistencia a la tracción y cuenta con un módulo de elasticidad comparable al del polietileno, además este material posee una resistencia UV muy buena en comparado con otras fibras, el PLA se puede formular para ser fabricado de forma rígida o flexible [Ver Tabla 1]. Otras de sus características destacables son: -Facilidad en su impresión -No desprende olores tóxicos -Tiene un buen acabado al ser impreso

-Posee una baja inflamación

Conclusión Una vez recibidas las medidas de la probeta, se procedía a la modelación de esta por medio del software computacional especializado, finalizada la modelación de la probeta se debía imprimir en impresora 3D para poder someterla a ensayos, y, de esta manera, en base a cálculos y observaciones poder compararla con una producto comercial ya existente de acero inoxidable. Debido a problemas de tiempo y coordinación, todo este proceso no se pudo llevar a cabo, es por esto que para concluir nuestra investigación, nos basamos en datos obtenidos en la web.

En base a las distintas indagaciones pudimos confirmar que el PLA es un material biodegradable, por lo cual no podría dar solución a lo esperado, ya que en condiciones de humedad se acelera su proceso de degradación, acaban así más rápidamente su vida útil, lo que a su vez significaría un constante gasto para remplazar el producto. No obstante, el hecho de que el PLA sea un material biodegradable podría ser una posible solución a futuro, en caso de que el planeta buscara productos más amigables con el medio ambiente.

Tabla 1. Propiedades mecánicas PLA

PROPIEDADES MECANICAS PLA

RESULTADOS

Esfuerzo a tracción a la deformación

49,5 MPa

Esfuerzo de tracción a la rotura

45,6 MPa

Resistencia a la flexión

103,0 MPa

Temperatura a la fusión

145-160 °C

Temperatura de transición vítrea.

Tabla 2. Propiedades mecánicas del acero

-60°C

PROPIEDADES MECANICAS ACERO

RESULTADOS

Alargamiento (%)

<60

Dureza de Brinell

160-190

Impacto IZOD (J )

20-136

Módulo de elasticidad (GPa)

190-210

Resistencia a la tracción (MPa)

460-1100