Millora del postprocessat de peces de zircònia obtingudes mitjançant fabricació per filament fos (FFF)

Abstract

Actualment, el Departament d’Enginyeria Mecànica de l’Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona (ETSEIB) està desenvolupant un projecte dedicat a la fabricació de pròtesis de maluc mitjançant les tecnologies de fabricació additiva, també connegudes com a impressió 3D. Concretament, s’està utilitzant la tècnica de fabricació per filament fos (FFF) amb materials ceràmics, una tecnología emergent que sovint requereix tractaments de postprocessat, com el chemical debinding o deslligament químic, el thermal debinding o deslligant tèrmic i la sinterització. Aquest treball se centra en l’estudi del postprocessat de provetes cilíndriques de zircònia mitjançant debinding químic amb acetona, que té l’objectiu d’eliminar part de l’aglutinant que conté el filament per millorar la qualitat de les peces. Es tracta d’una tècnica poc estudiada que pot tenir un impacte significatiu en la millora de les propietats de les peces ceràmiques obtingudes per FFF. En concret, si a la fase de deslligament químic no s’extreu una bona part de l’aglomerant de la peça, aquest s’elimina posteriorment al forn, donant lloc, moltes vegades, a deformacions a les peces. Amb l’objectiu d’optimitzar les condicions del procés i millorar així la qualitat de les peces, es fa servir un disseny d’experiments amb 2 factors, la temperatura i el temps d’aplicació d’acetona, amb quatre nivells per a cada factor. En primer lloc, s’imprimeixen provetes amb una geometria cilíndrica i se’n mesuren la massa i les dimensions. Posteriorment, es submergeixen en acetona i es varia la temperatura i el temps d’aplicació per analitzar-ne l’impacte en la massa. Després passen per uns processos de delligament tèrmic i sinterització estendaritzat per acabar d’eliminar el material orgànic i obtenir les peces finals. Aleshores, es mesura la massa, les dimensions i la densitat de les provetes, i s’estudia el comportament de la reducció de massa global, la contracció dimensional, els errors dimensionals i la densificació. Per a cadascuna de les respostes, s’obtenen models de regressió lineals. Amb els models de regressió lineal es porta a terme una optimització multiobjectiu mitjançant el mètode de la funció d’utilitat. Un aspecte rellevant del treball és que el tractament amb acetona ha resultat ser més important del que semblava en un principi. La temperatura i el temps d’aplicació d’acetona durant el debinding químic influeixen molt en l’eliminació del plàstic aglomerant, essent les condicions òptimes de tractament les temperatures altes i temps elevats. Pel que fa a les conclusions d’aquest estudi, referents tant a les provetes finals com a l’optimització multiobjectiu, es recullen a l’apartat 11 d’aquest treball. Cal destacar que aquest treball és una primera aproximació a una millora del postprocessat en la impressió de peces de ceràmica per FFF. Com a treball futur, es perveu estudiar la fase de deslligament tèrmic i la fase de sinterització.