Estudi de fabricabilitat amb la tecnologia additiva d’extrusió de filament de material metàl·lic

Abstract

Aquest treball de final de grau se centra en l’estudi de la fabricació additiva de peces metàl·liques mitjançant impressió 3D amb tecnologia d’extrusió de filament (Metal FFF), aplicada concretament a l’ús de filaments d’acer inoxidable. El projecte s’ha desenvolupat en col·laboració amb el centre tecnològic Eurecat, que ha plantejat la necessitat d’analitzar la viabilitat d’aquesta tecnologia com a alternativa a processos convencionals per a la fabricació de components metàl·lics en acer, especialment en contextos de prototipat funcional, desenvolupament de producte o producció de baix volum. El treball s’emmarca dins l’interès creixent del sector per incorporar tecnologies de fabricació additiva que siguin més accessibles, segures i econòmiques que els sistemes basats en làser o en pols metàl·lica. S’ha treballat amb filaments comercials d’acer inoxidable Ultrafuse 316L, un material compost per partícules fines d’acer i una matriu polimèrica, que permet la seva extrusió en impressores FDM modificades. Un cop la peça és impresa (en estat verd), cal aplicar un postprocessat tèrmic format per dues etapes: desaglutinació (per eliminar el polímer) i sinterització (per densificar el metall). Aquest procés converteix la peça impresa en una estructura totalment metàl·lica i funcional. Per dur a terme el projecte s’ha utilitzat una impressora MakerBot Method X equipada amb un extrusor experimental de gamma professional, capaç de treballar amb els requisits tèrmics del filament metàl·lic. S’han realitzat múltiples proves amb variacions en la temperatura d’extrusió, la velocitat d’impressió i l’angle de dipòsit del filament, amb l’objectiu de caracteritzar l’efecte de cada paràmetre sobre la qualitat final de les peces. A més de peces senzilles, també s’han dissenyat i imprès provetes específiques per a assaigs mecànics de tracció, seguint la normativa ASTM E8/E8M, adaptada a les limitacions de mida de la impressora i del forn. Paral·lelament, s’ha fet una caracterització interna de les peces utilitzant tomografia computada per raigs X, que ha permès observar la distribució i volum de porositat interna sense necessitat de seccionar les mostres. Totes aquestes activitats s’han realitzat seguint una metodologia experimental rigorosa i enfocada a simular condicions reals de treball en entorns industrials. Aquest projecte s’ha orientat des del primer moment a tenir una aplicació pràctica, posant l’accent en la transferència tecnològica i la validació de processos emergents dins del sector de la fabricació mecànica. Les conclusions i observacions obtingudes poden resultar útils per a empreses, centres de recerca o enginyeries interessades a implementar la fabricació additiva amb acer inoxidable com a eina per optimitzar costos, guanyar flexibilitat en disseny i reduir temps de desenvolupament de nous productes.

9