Diseño de un sistema de producción de materia prima para impresión 3D a partir de residuos plásticos
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Date
2022
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Publisher
Pontificia Universidad Javeriana Cali
Abstract
Con la aparición de nuevas tecnologías en los últimos años, la manufactura aditiva se ha visto en auge de la industria moderna, permitiendo el diseño de una variedad de productos, presentando beneficios para diferentes modelos de negocios. Dentro de los procesos referentes a la manufactura aditiva, la impresión 3D mediante modelado por deposición fundida (FDM, por sus siglas en inglés), es una de las más usadas por la fácil operación, adquisición de equipos de procesamiento e insumos. Sin embargo, al usarse materiales poliméricos en dicho proceso, se genera una gran cantidad de desechos plásticos que usualmente no son contemplados dentro de los procesos de recolección y reciclaje. Lo anterior, abre una ventana de oportunidad, al considerar el reúso/reciclaje del ácido poliláctico (PLA), el cual es uno de los materiales poliméricos más usados en la impresión 3D, con el propósito de producir materia prima, para la fabricación de filamentos para FDM que sean sostenibles, y amigables con el medio ambiente. Con dicho propósito, se evaluaron diferentes mezclas de PLA virgen/reciclado (90/10, 80/20, 70/30), las cuales se obtuvieron mediante el proceso de extrusión; y se estimaron las propiedades mecánicas (tensión y flexión). Posteriormente, a partir de los resultados de la evaluación mecánica, se eligió la mezcla PLA/PLA-R de 90/10, como el material a trabajar para el desarrollo del diseño del sistema de producción de materia prima para filamentos de impresión 3D. Este material presentó un decremento en la resistencia a la tensión del 2,38% y del 24,87%, en la deformación en la carga máxima. Por su parte, el diseño del sistema de producción se realizó con enfoque en el Valle del Cuaca, siendo validado a partir de la elaboración del prototipo. Adicionalmente, se hizo un análisis de factibilidad financiera en el cual se obtuvo un VPN promedio de $549.109.593 COP y un riesgo para el inversionista de 13,6% de obtener perdidas.
Description
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With the emergence of new technologies in recent years, additive manufacturing has seen the rise of modern industry, allowing the design of a variety of products, presenting benefits for different business models. Within the processes related to additive manufacturing, 3D printing through fused deposition modeling (FDM) is one of the most used due to its easy operation, acquisition of processing equipment and supplies. However, the use of polymeric materials in this process generates a large amount of plastic waste that is usually not considered in the collection and recycling processes. The above opens an opportunity when considering the reuse/recycling of polylactic acid (PLA), which is one of the most used polymeric materials in 3D printing, to produce raw material, for the manufacture of filaments for FDM that are sustainable, and friendly with the environment. For this purpose, different mixtures of virgin / recycled PLA (90/10, 80/20, 70/30) were evaluated, which were obtained through the extrusion process; and the mechanical properties (tension and bending) were estimated. Subsequently, based on the results of the mechanical evaluation, the PLA / PLA-R mixture of 90/10 was chosen as the material to work for the development of the design of the raw material production system for 3D printing filaments. This material presented a decrease in tensile strength of 2,38% and a 24,87% decrease in deformation at maximum load. For its part, the design of the production system was carried out with a focus on the Valle del Cauca, being validated from the development of the prototype. In addition, a financial feasibility analysis was carried out in which an average VPN of COP 549.109.593 was obtained and risk for the investor of 13,6% of obtaining losses.
Keywords
Manufactura aditiva, Filamento, PLA, Reutilización, Sistema de producción, Additive manufacturing, Filament, Reuse, Production system