Examinando por Materia "Impresión 3D"

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    ÍtemAcceso abierto
    Desarrollo y evaluación de material compuesto aligerado basado en residuos industriales y urbanos para impresión 3D
    (2024-09) Valencia, A.; Restrepo Montoya, Jose William
    Con el fin de mitigar el impacto ambiental de la industria, los esfuerzos por adoptar materiales más ecológicos y prácticas de economía circular en el sector de la construcción se han hecho cada vez más necesarios. Esta investigación hace un aporte al respecto, mediante la creación de un material de construcción basado en residuos. Los materiales de desecho, como las cenizas volantes (CV) y los residuos de ladrillo (RL) de arcilla, y pequeñas adiciones de cemento Portland (CP) se aprovechan para crear un aglutinante híbrido con activación alcalina, que a su vez forma un compuesto mediante la incorporación de lodo papelero (LP) como agregado ligero. El objetivo es desarrollar un material con densidad reducida y mejores propiedades de aislamiento térmico, junto con una huella de carbono inferior a la de materiales tradicionales a base de Portland. A partir de una mezcla sólida de CV/RL/CP (en proporciones 45/45/10), se sintetizaron diferentes cementantes híbridos. Utilizando la metodología estadística de superficie de respuesta, se prepararon diferentes soluciones activadoras alcalinas compuestas de silicato de sodio e hidróxido de sodio. Estas soluciones se formularon en función de las proporciones molares de SiO2/Al2O3 y Na2O/SiO2 de los aglutinantes. Se evaluó la resistencia a la compresión a los 28 días y la fluidez en estado fresco de todos los ligantes. Se calculó una regresión de superficie de respuesta para ambas propiedades dentro del rango de relaciones molares seleccionado. Basándose en los modelos, se identificó un cementante optimizado y se llevó a cabo una amplia evaluación de sus propiedades, que abarcó la resistencia a la compresión a una edad temprana, la huella de carbono, consideraciones de coste y el comportamiento en estado fresco. El cementante optimizado mostró una resistencia a la compresión de hasta 50 MPa a los 28 días. Con las relaciones líquido/sólido (l/s) adecuadas, resultó adecuado para aplicaciones de extrusión lineal e impresión 3D. Además, se incorporó a este LP en porciones de 15%, 25% y 35% en volumen. Se evaluaron el comportamiento en estado fresco y las propiedades mecánicas del material compuesto. Este material demostró su idoneidad tanto para la impresión 3D como para la aplicación de extrusión lineal. En particular, mostró una densidad reducida y una mayor conductividad térmica. Estos resultados muestran que es posible integrar flujos de residuos en los materiales de construcción, abriendo camino a prácticas de construcción más rentables y sostenibles, y con una amplia aplicabilidad.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Evaluación de un cementante activado alcalinamente basado en residuos industriales y urbanos extruido por impresión 3D
    (Universidad EIA, 2023) Colorado Raigoza, Juan Andrés; Londoño Londoño, Santiago; Valencia Isaza, Andrés
    RESUMEN: el proyecto propone evaluar una mezcla de cementante activado alcalinamente con el objetivo de reducir los residuos de construcción y aprovechar materiales reciclados en la fabricación de cemento. Además, se busca aprovechar los beneficios de la impresión 3D, como la reducción de costos y el aumento de la eficiencia en la construcción. Para lograr este objetivo, se realizarán ensayos en estado fresco y endurecido de diferentes especímenes con el fin de encontrar un cementante activado alcalinamente que cumpla con las características adecuadas para el montaje en una impresora 3D y que tenga una resistencia apropiada. Estos ensayos incluirán pruebas de fluidez, tiempo de fraguado en estado fresco, y pruebas de resistencia a compresión en estado endurecido del material los cuales se regirán según la Norma Técnica Colombiana (NTC) 111, 118 y 673. La implementación de este proyecto podría tener varios beneficios. En primer lugar, permitiría reducir la cantidad de residuos de construcción, lo que contribuiría a la protección del medio ambiente y a la conservación de los recursos naturales. Además, el uso de materiales reciclados en la fabricación de cemento ayudaría a disminuir la huella de carbono del sector constructivo. Por otro lado, la utilización de la tecnología de impresión 3D en la construcción de viviendas podría proporcionar una solución eficiente y rápida para abordar el desafío de proporcionar viviendas asequibles y accesibles a una gran cantidad de personas. La automatización del proceso constructivo podría reducir los costos de mano de obra y mejorar la seguridad de los trabajadores. Además, la posibilidad de personalizar las estructuras antes de la impresión permitiría adaptarse a las necesidades específicas de cada proyecto. Así mismo, el implementar la tecnología de la impresora 3D permite encontrar una nueva rama de investigación innovadora en Colombia, logrando alcanzar a potencias tales como Estados Unidos, China, Francia, etc., que son países pioneros en el desarrollo de losas, viviendas sociales y construcciones comerciales con distintas impresoras 3D y que apuntan a ampliar las investigaciones a tal punto que el porcentaje de construcción con este tipo de tecnologías aumente. Finalmente, es importante resaltar que los resultados esperados derivan de un avance científico para implementar este tipo de tecnologías en el país. Así mismo se espera que este cementante activado alcalinamente proporcione una alternativa viable mucho más generosa con el ambiente y sea igual de segura que el cemento Portland tradicional.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Evaluación mecánica de la resistencia a flexión de viguetas impresas en concreto 3D: impacto de la adición de fibra de polipropileno
    (Universidad EIA, 2024) Ospina Gonzalez, Pablo; Blandón Uribe, Carlos Andrés
    RESUMEN: esta investigación presenta la evaluación de la resistencia a la flexión de viguetas impresas en 3D con adición de microfibras de polipropileno. La metodología se basó en un enfoque experimental, con la impresión y ensayo de veinte especímenes divididos en dos grupos: MAT, la mezcla con adición de fibras, y MIX, la mezcla sin adición de fibras. Los datos recopilados demostraron que la adición de fibras no mejoró la resistencia a la flexión de las viguetas, además que también mostraron menor capacidad de deformación y mayor fragilidad en comparación con las viguetas sin fibras. Los promedios del módulo de rotura también indicaron mejores resultados en las muestras sin fibras. Una limitación importante del estudio fue la falta de datos detallados sobre la mezcla utilizada, cual impidió realizar comparaciones teóricas precisas. Este trabajo sugiere la necesidad de contar con información completa sobre las propiedades del material y recomienda la realización de estudios adicionales con variaciones en el tipo y cantidad de fibras, para explorar combinaciones que puedan mejorar las propiedades mecánicas de esta mezcla.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Impresora 3D de matrices extracelulares
    (Universidad EIA, 2015) Cadena Zaia, Sergio Andrés; Hincapié Monsalve, Samuel; Montoya Góez, Yesid de Jesús
    La necesidad que existe de desarrollar nuevos sistemas de formación controlada de matrices extracelulares (MEC) y que su elaboración permita un mejor proceso de fabricación de tejido celular es una realidad en la ingeniería de tejidos. Existen métodos tradicionales con los que esta necesidad no se contempla en absoluto; mientras otros métodos más evolucionados, como lo son las técnicas de prototipado rápido (RP), satisfacen parcialmente esta demanda de hoy en día. En este trabajo se expone el proceso de diseño de unos de los dispositivos más utilizados para las RP más avanzadas de la elaboración de MEC como lo son las impresoras 3D. Para este diseño se debió partir desde el material a imprimir y el tipo de piezas a construir. En una primera instancia se seleccionaron las variables que estaban más relacionadas con el proceso de extrusión y el diseño de dispositivos de impresión mediante la revisión de la literatura sobre modelos de extrusoras y basándose en el conocimiento de las características más importantes a conservar en la matrices y en el material a la hora de ser impreso. Para una segunda etapa se seleccionó el polímero a utilizar para las MEC por medio de una revisión bibliográfica de materiales para la fabricación de andamios. Luego se seleccionaron las técnicas de caracterización de las variables del polímero a través de otra revisión del estado del arte. En otro instante del proceso se realizaron las técnicas seleccionadas para caracterizar el polímero. Después se realizó el diseño conceptual de la impresora por medio de la metodología de Ulrich. Por último se realizó el diseño de detalle y se construyeron los planos de la impresora. Mediante varios criterios de selección como lo son disponibilidad, precio y utilidad, se seleccionó Alcohol polivinílico (PVA) para el diseño de la extrusora. Se utilizaron varias técnicas de caracterización para determinar las variables reológicas del polímero: viscosidad y tensión superficial; las cuales hacen parte del modelo de extrusión; adicionalmente se consultaron otras propiedades como transiciones y peso molecular. Los resultados mostraron que la mejor concentración del polímero para conservar las propiedades deseadas era del 20% en solución acuosa y a una temperatura de entre 39°C a 42°C. A partir de los valores determinados se elaboró el modelo para la extrusión el cual se incluyó para la construcción de los planos del dispositivo. Las técnicas utilizadas, los resultados de estas técnicas, el proceso de diseño conceptual y de detalle junto con los planos estructurales de la impresora 3D son expuestos en este trabajo.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Reducción de costos en una mezcla de mortero para la impresión 3D, mediante la inclusión de cenizas volantes
    (Universidad EIA, 2020) Bermúdez Bahamon, Miguel Ángel; Riqueme Guevara, Alejandro Manuel; Mejía Arcila, Johana Mercedes
    RESUMEN: Para este trabajo se estudió la posibilidad de generar una disminución del costo de una mezcla de concreto incluyendo cenizas volantes vírgenes CV1v, en la matriz cementicia como un material puzolánico alternativo haciendo variaciones en el porcentaje de reemplazo entre 5 y 17%. Porcentaje definido luego de una revisión técnico-bibliográfica, que también permitió definir las proporciones de trabajo para cada uno de los factores de interés, involucrados en la mezcla. Fue necesaria la caracterización de cada una de las materias primas con el fin de clasificarlas según las diferentes normas que rigen los diferentes ensayos de caracterización de los materiales. Posteriormente se elaboraron y ensayaron cada uno de los sistemas que se definieron a partir del diseño experimento compuesto por cuatro factores de diseño que fueron la relación (a/c), proporción cv/c, relación arena/c y el porcentaje de aditivo superplastificante GCP. La metodología de superficie de respuesta permitió un acercamiento al comportamiento del concreto al ser sometido a variaciones en su composición, la interacción de los diferentes factores y los resultados de las variables de respuestas, en este caso el porcentaje de fluidez y la resistencia, hizo posible la selección de los sistemas 1 y 2, que contaban con las propiedades adecuadas para la impresión 3D según las condiciones dadas en la revisión de las diferentes investigaciones realizadas sobre el tema. La inclusión de una nueva ceniza CV2v permitió ampliar la investigación sobre el efecto que tiene está en el concreto, como la disminución en la resistencia de este. La modificación de esta materia prima, como la molienda, resultó favorable para las mezclas elaboradas, aportando mejoras en cuanto resistencias, fluidez, trabajabilidad en comparación con la ceniza volante virgen. A partir de una serie de ensayos en estado fresco y endurecidos a los sistemas 1 y 2, se pudo seleccionar el sistema 3 que contó con las condiciones óptimas para la impresión, dicho sistema sometido finalmente a ensayos para determinar las propiedades complementarias y así analizar con base en sus proporciones el costo de este frente al mercado y las demás investigaciones realizadas en torno al tema de impresión 3D con base cementicia. En cuanto a los resultados se obtuvo que el sistema 3 no disminuyó los costos de la mezcla, ya que el sistema seleccionado presentó un sobrecosto de 12% respecto a las referencias bibliográficas y 20% con respecto a la mezcla comercial.