Optimization of screw extrusion-based additive manufacturing process for direct extrusion of polyketone - Fermín Jiménez, Paul Jhosel (2024)
La policetona alifática (PK) es una clase relativamente nueva de polímero semicristalino, conocida por sus propiedades químicas, térmicas y mecánicas mejoradas, así como por su respeto al medio ambiente. Estos atributos lo convierten en un candidato prometedor para reemplazar varios otros polímeros. Sin embargo, la producción de este polímero plantea un desafío debido a su limitada estabilidad térmica. Esta tesis se centra en evaluar la viabilidad de producir piezas estables mediante fabricación aditiva basada en extrusión de tornillo para dos tipos de polecetonas alifáticas. Las policetonas utilizadas en este estudio son PK6246 (policetona base) y PK8655 (policetona reforzada con fibra de vidrio). Se empleó una metodología experimental y una caracterización detallada. Inicialmente, se realizaron pruebas preliminares para determinar y limitar parámetros como el rango de velocidad de la mesa, las dimensiones de la pieza de trabajo y las temperaturas de extrusión. Las dimensiones de la pieza de trabajo se definieron en función de las limitaciones de la mesa de impresión, mientras que el rango de velocidad de la mesa y las temperaturas de extrusión se determinaron según las recomendaciones del proveedor. Posteriormente se imprimieron 30 piezas de cada tipo de policetona. Los resultados revelaron que se pueden producir piezas estables de PK6246 mediante fabricación aditiva basada en extrusora, cuando se eligen los parámetros de impresión correctos. Por el contrario, las piezas fabricadas con PK8655 mostraron un rendimiento deficiente. Las muestras PK6246 demostraron que las resistencias a la tracción entre capas (ángulo de impresión de 90°) pueden alcanzar valores de hasta 42 MPa, un valor razonablemente confiable considerando un ángulo de impresión de 90° y cercano a los 60 MPa especificados por el proveedor. Sin embargo, las muestras de PK8655 apenas excedieron los 30 MPa, significativamente más bajo que el valor especificado por el proveedor de 130 MPa. Además, la microestructura de las muestras de PK8655 mostró una porosidad significativamente mayor en comparación con cualquier muestra de PK6246. Además, la temperatura entre capas jugó un papel crucial en la determinación de los parámetros de impresión óptimos. Esto afecta la resistencia a la tracción y está influenciado por la velocidad de enfriamiento entre las capas, que a su vez depende de la velocidad de la mesa y la geometría de la capa. Una temperatura entre capas alta puede hacer que la pieza se hunda debido a la acumulación de calor, mientras que una temperatura entre capas baja puede provocar deformaciones, especialmente en las capas iniciales de la impresión.