Diseño de geometrías fractales para impresión tridimensional: Análisis del rendimiento y de la respuesta a la vibración para el diseño de productos

Resumen

La fabricación aditiva (FA) ha potenciado el desarrollo de diseños y geometrías complejas difíciles o imposibles de conseguir con los métodos de fabricación convencionales. Por ello, ha cobrado especial relevancia la investigación centrada en el análisis de las propiedades funcionales relacionadas con el comportamiento conferido por el material de relleno y la estructura interna. En este sentido, la geometría fractal es una de las teorías más consolidadas para caracterizar geometrías complejas basadas en patrones repetitivos autosimilares que permiten describir formas complejas y relacionarlas con propiedades mecánicas, reológicas y morfológicas. El diseño de microestructuras fractales promete el desarrollo de materiales avanzados con propiedades mecánicas mejoradas y múltiples funciones relacionadas con la absorción de vibraciones, reducción de peso, entre otras. En relación a la com patibilidad de materiales elásticos con procesos de impresión 3D, se establece como objetivo el estudio de geometrías fractales en términos de diseño geométrico y su correlación con la mejora del comportamiento mecánico. Se diseñaron varias muestras fractales basadas en TPU y se ensayaron mediante procesos de compresión para caracterizar el comportamiento de las geometrías fractales elásticas en función de la dimensión fractal. En concreto, se diseñaron muestras basadas en pirámides de Sierpinski para explorar la influencia de las dimensiones fractales y las iteraciones en la elasticidad de las muestras. Además, se realizó un caso de estudio mediante método de elementos finitos (FEA) para analizar la distribución de tensiones y el comportamiento vibracional en función del orden fractal. Los resultados demostraron una notable variación en el comportamiento a compresión y el comportamiento vibracional en función del orden fractal, destacando el potencial de las geometrías fractales para mejorar el rendimiento mecánico en aplicaciones de FA.