Contribución a las tecnologías de fabricación aditiva para la obtención de piezas multimaterial, combinando la impresión 3D por máscara con la impresión funcional mediante sistemas InkJet

Abstract

In recent decades, there has been a digitalization in all areas and faetones have not been been exempt from of this phenomenon, incorporating CAD I CAM I CAE systems, as well as automatas, robots, and real-time control systems , etc., or the modelling and virtual recreation of processes or entire faetones with simulation software. These advances have allowed us to process huge amounts of data at high speed and handle the equiprnent beyond the known limits of reliability and precision. However, they remain mostly traditional and therefore face limitations no longer control, but physical, such as the impossibility of com plex geometries. Situation that blocks creativity and constitutes a barrier to the development of products with high added value . The technologies of additive manufactunng, overcome these limitations and represent a revolution with respect to traditional manufacturing processes, allowing to build the pieces by consolidating a material layer by layer, instead of cutting, shaping or molding. On the other hand, it allows to reduce the distance between the conceivable and the feasible, from a geometric point of view, it gives the designers a great freedom and the possibility for exploitation of the individuality of the consumers (the personalization). lt also allows to move from a digital object to a real one in a simple way, posing an almost total disconnection between design and manufacturing .Therefore, it has the potential to outline a future where productive centers exist, but they are relocated, working in a network, and collaboratively multiplying resources and resources, reducing displacements, delays and waste . In order to provide the products that, in a virtual way, are stored as orders, that is, needs that the society of knowledge or information requests . These additive technologies compared to others are in their early stages of development. lts limitations conditioned by the current state of the art do not lie in the processes, but in the material one of its weak spots, as well as its cost and productivity. So, despite this, there is plenty of evidence that indicates that we are in the early days of one of the catalysts of the changes that are to come. Computers have changed our lives,just like the Internet, and now it is the turn of digital manufacturing in all its forms; and additive manufacturing is one of them. In recent years, we can see that between 2002 and 2004 ,the first fab-labs emerged; at the same time Facebook, Arduino and RepRap . In 2005 YouTube was born, Twitter in 2006 ...A whole series of events that are related in one way or another to having access to new tools, becoming both producers and consumers (Prosumers), and both digital content and now, objects and devices, that have life in the physical world. At present, the main European funding programs in R & D have different calls open to this type of technology, demonstrating the great potential and interest they arouse. In this aspect, this thesis anses as a result of the Nhibnd32D project and this, as consequence of the need of the Barcelonean industry to meet the new demands in the manufacture of electrical and electronic components. This thesis deals with the design, development and construction of a multi-material hybrid additive manufacturing system, based on the combination of DLP (Digital Light Processing) technologies together with the ink jet deposition of functional materials, deepening in the latter and extrapolating under the concepts of the Polyjet, by means of the application of inkjet heads PIJ of the type bend, new possible applications are explored in order to confer to the reproduced elements new properties and functionalities, with the aim of increasing their interaction with the user.

En las últimas décadas, se ha producido una transición hacia lo digital en todos los ámbitos y las fábricas no han sido ajenas a este fenómeno, incorporando sistemas de CAD/CAM/CAE., así como autómatas, robots, y sistemas de control en tiempo real o la modelización y recreación virtual de fábricas enteras con soflwares de simulación. Estos avances han permitido procesar a gran velocidad ingentes cantidades de datos y manejar los equipos superando los límites conocidos de fiabilidad y precisión.Sin embargo, siguen siendo mayoritariamente tradicionales y por ello se enfrentan a limitaciones ya no de control, sino físicas, como la imposibilidad de realizar geometrías complejas. Situación que bloquea la creatividad y constituyen una barrera al desarrollo de productos de alto valor añadido. Las tecnologías de fabricación aditiva, permiten superar dichas limitaciones y suponen una revolución respecto a los procesos tradicionales de fabricación, al permitir construir las piezas mediante la consolidación capa a capa de un material, en lugar de cortarlo, conformarlo o moldearlo. Por otra parte, permite reducir la distancia entre lo concebible y lo realizable, geométricamente confiere a los diseñadores una gran libertad y la posibilidad de la explotación de la individualidad de los consumidores (la personalización).También permite pasar de un objeto digital a uno real de forma sencilla, planteando una desconexión casi total entre el diseño y la fabricación. Por ende, tiene el potencial de esbozar un futuro donde los centros productivos existen; deslocalizados, trabajando en red, y que de forma colaborativa multiplican medios y recursos , reduciendo desplazamientos, retrasos y residuos. Afín de proveer los productos que, de forma virtual se almacenan como pedidos , es decir, necesidades que la sociedad del conocimiento o de la información, solícita. Estas tecnologías aditivas en comparación con otras se encuentran en sus primeras etapas de desarrollo. Sus limitaciones condicionadas por el estado de la técnica actual no radican en los procesos, sino en los materiales uno de sus puntos débiles, así como su coste y productívidad. Pese a ello existen sobradas evidencias que indican que nos encontramos en los primeros días de uno de los catalizadores de los cambios que están por venir. Los ordenadores han cambiado nuestras vidas , al igual que Internet, ahora es el turno de la fabricación digital en todas sus formas y la fabricación aditiva es una de ellas. En los últimos años , podemos ver que entre 2002 y 2004 surgieron los primeros fab-labs, al mismo tiempo Facebook, Arduino y RepRap. En 2005 nació YouTube, Twitter en 2006 ..., toda una serie de acontecimientos que están relacionados de una u otra forma con el hecho de tener acceso a nuevas herramientas, convirtiéndonos tanto en productores como consumidores (Prosumers), y tanto de contenido digital como ahora, de objetos y dispositivos, que tienen vida en el mundo físico. En la actualidad los principales programas de financiación europeos en l+D tienen diferentes convocatorias abiertas a este tipo de tecnologías, demostrando así el gran potencial e interés que suscitan. En este aspecto, esta tesis, nace como consecuencia del proyecto Nhibrid32D y éste, fruto de la necesidad de la industria barcelonesa por satisfacer las nuevas demandas en la fabricación de componentes eléctricos y electrónicos. En la presente tesis se aborda el diseño, desarrollo y construcción de un sistema de fabricación aditiva híbrido multimaterial, fundamentado en la combinación de las tecnologías DLP (Digital Light Processing) junto con la deposición por chorro de tinta de materiales funcionales, profundizándose en éste último y extrapolándose bajo los conceptos del Polyjet, mediante la aplicación de cabezales lnkjet PIJ del tipo bend, se exploran nuevas posibles aplicaciones en donde conferir a los elementos reproducidos nuevas de propiedades ...