2. Maestría
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Tesis de la Escuela de Posgrado
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Item Optimization of screw extrusion-based additive manufacturing process for direct extrusion of polyketone(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-09) Fermín Jiménez, Paul Jhosel; Troncoso Heros, Omar Paul; Labus Zlatanovic, DankaLa 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.Item Desarrollo de matrices porosas de ácido poliláctico (pla) y polietilenglicol (peg) mediante impresión 3d, aditivadas con quitosano y ácido úsnico para evaluar su liberación controlada(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-02-12) Quijano Rentería, José Jhonatan; Acosta Sullcahuamán, Julio ArnaldoUno de los propósitos de la Ingeniería de Tejidos es reemplazar tanto a órganos como tejidos en el cuerpo con materiales compatibles con el mismo. Destaca el uso de algunos materiales poliméricos, biodegradables y biocompatibles, en el desarrollo de dispositivos que puedan transportar fármacos, regenerar tejidos, sustituir funciones así como ofrecer aplicaciones y soluciones para problemas más personalizados. Las matrices porosas poliméricas (Scaffolds) son sistemas de andamiaje temporales, que buscan mejorar y poder dar tratamientos de regeneración más personalizados y de menor rechazo que otros métodos convencionales. Entre los polímeros más utilizados en este campo de la ciencia se tiene el ácido poliláctico (PLA), que es un termoplástico con propiedades adecuadas de biocompatibilidad y biodegradación, de fácil procesamiento y modificación; otro polímero muy usado es el polietilenglicol (PEG), debido a su afinidad biológica, a la proliferación de células y la no degradación y degeneración de proteínas en presencia de este polímero. El objetivo de este trabajo es desarrollar matrices porosas (scaffolds) fabricadas a partir de materiales compuestos de ácido poliláctico (PLA) y polietilenglicol (PEG) mediante la técnica de modelado por deposición fundida empleada en la impresión 3D, para luego aditivarlo con ácido úsnico y quitosano y, por último, evaluar su liberación controlada en un medio determinado. La metodología experimental utilizada para este fin fue la siguiente: inicialmente se fabricaron filamentos de materiales compuestos de PLA/PEG con 0%, 5% y 10% de PEG en peso, en una extrusora de doble husillo; luego se obtuvieron las matrices porosas mediante impresión 3D con diferentes parámetros y porcentajes de relleno; seguidamente se realizó la aditivación del ácido úsnico en las matrices porosas; asimismo, se recubrieron éstas con una película de quitosano, sumergiendo la matriz polimérica en una solución al 1% de quitosano en ácido acético diluido, para luego evaluar la liberación del fármaco en una solución tampón salina (buffer); los ensayos realizados para la caracterización de las propiedades de las matrices poliméricas fueron: espectro infrarrojo de transformada de Fourier (FTIR), calorimetría diferencial de barrido (DSC), termogravimetría (TGA), microscopía óptica (SEM) y degradación en un medio acuoso; siguiendo en la mayoría las recomendaciones y procedimientos propuestos en las normas ASTM y trabajos de referencia anteriores a los mismos. Como resultado, se obtuvieron las curvas de liberación controlada del fármaco en una solución tampón salina en función del tiempo, determinándose que la liberación del fármaco para porcentajes de relleno de 50% y 80% aumenta a mayores porcentajes de PEG, al mismo tiempo que se evidencia una menor velocidad de liberación en presencia de la película de quitosano.Item Desarrollo de armazones (scaffolds) a partir de poli (ácido láctico) (PLA) y polietilenglicol (PEG) utilizando la técnica de modelado por deposición fundida (FDM) empleada en impresión 3D(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-05-23) Villanueva Tairo, Alirio; Acosta Sullcahuamán, Julio ArnaldoEl uso de los materiales poliméricos en el campo de la medicina ha demostrado un gran avance durante los últimos años, buscando mejorar y ofrecer nuevos tratamientos de rehabilitación más especializados. Un material muy utilizado hoy en día es el poli(ácido láctico) (PLA) el cual es un polímero termoplástico con características limitadas como su biocompatibilidad y biodegradación, por otro lado sus buenas propiedades mecánicas, procesamiento y fácil modificación superan estas limitaciones convirtiéndolo en un polímero con muchas posibilidades de desarrollo. Hoy en día este polímero es muy utilizado para su investigación en el campo de los armazones (scaffolds). Los armazones son estructuras temporales que promueven la reparación, regeneración de tejidos y órganos; por tal razón se ha convertido en un tema de estudio actual e importante en el campo de desarrollo de la ingeniería de tejidos y medicina regenerativa. De esta manera se plantea la fabricación de armazones utilizando la técnica de modelado por deposición de fundido (FDM) utilizado frecuentemente en la impresión 3D. El objetivo del presente trabajo es el desarrollo de armazones (scaffolds) a partir de poli (ácido láctico) (PLA) y polietilenglicol (PEG) utilizando la técnica de modelado por deposición fundida empleada en impresión 3D. Para el cumplimiento de los objetivos se utilizaron filamentos de PLA para fabricar armazones de diversas características morfológicas según la metodología experimental, la cual considera la evaluación de los valores y rangos de estudio de los diversos parámetros de impresión en relación con el material utilizado. Los ensayos realizados para la caracterización de las propiedades de los armazones fueron los siguientes: tracción, compresión, calorimetría diferencial, microscopia estereoscópica y degradación. Siguiendo en la mayoría las recomendaciones y procedimientos propuestos en las normas ASTM. Se fabricaron armazones con poros interconectados de diferente morfología, con tamaños de poro en el rango de 176 a 675 micras, resistencias a la tracción desde 8,33 MPa hasta 11,28 MPa, resistencias a la compresión desde 6,15 MPa hasta 15,17 MPa y porosidades entre 56,12% a 63,3% además los valores descritos cumplen los requerimientos para su potencial utilización como armazones para la reparación y regeneración de diversos tipos de tejidos duros, como el hueso esponjoso, y blandos como el cartílago.Item Desarrollo de materiales compuestos de matriz termoplástica reforzados con nanopartículas utilizando la técnica de modelado por deposición fundida empleada en manufactura aditiva(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-05-05) Molina Saqui, Andoni Royer; Acosta Sullcahuamán, Julio ArnaldoHoy en día la manufactura aditiva está teniendo una gran acogida tanto en el campo académico como industrial, ya que con ella se pueden fabricar piezas con geometrías complicadas sin la necesidad de usar moldes o los clásicos procesos de manufactura por remoción de material, donde un gran porcentaje del material es desperdiciado sin la opción en muchos casos a poder reciclarlos. En cambio con la manufactura aditiva se pueden obtener piezas de manera directa partiendo de un modelo tridimensional hecho por un programa de diseño asistido por computador (CAD). Sin embargo el limitado uso de materiales y la anisotropía de las propiedades mecánicas de piezas obtenidas por manufactura aditiva, no la hacen muy llamativa en ciertas aplicaciones donde se requiera una alta exigencia mecánica. En ese sentido el objetivo del presente trabajo es desarrollar materiales compuestos de matriz termoplástica: Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS) Y Poliácido Láctico (PLA), reforzadas con nanoarcillas, utilizando la técnica de modelado por deposición fundida (FDM: Fused deposition modeling) empleada en manufactura aditiva. La investigación se desarrolló principalmente en dos etapas. Primero, se estudió el efecto de los principales parámetros de impresión sobre las propiedades mecánicas de piezas obtenidas por FDM con el objetivo de seleccionar valores de dichos parámetros que permitan una fácil impresión para generar piezas de ABS y PLA con buenas propiedades mecánicas. Segundo, se evaluaron las propiedades mecánicas de probetas impresas mediante FDM a partir de filamentos de material compuesto de matriz termoplástica (ABS y PLA) reforzado con nanoarcillas. Se demostró que las propiedades mecánicas de las probetas impresas mediante FDM varían considerablemente con la temperatura de impresión, altura de capa y ángulo de impresión, encontrando resistencias a la tracción desde 28.3 MPa hasta 43.4 MPa para el ABS y desde 52.9 MPa hasta 61.2 MPa para el PLA. Así mismo se logró una adecuada impresión 3D de materiales compuestos, aumentando la resistencia a la tracción del ABS con contenido de nanoarcillas, pero una caída en la resistencia al impacto. Mientras que para el PLA la resistencia a la tracción disminuyo sensiblemente al introducir las nanoarcillas, pero su resistencia al impacto se incrementó con un contenido de 3% de nanoarcillas.