ABSTRACT. Uno de los asuntos más trascendentales a la hora de abordar la fabricación aditiva es la definición y correlación de las limitaciones geométricas del diseño con los parámetros de fabricación. A pesar de que existan ciertas guías básicas con recomendaciones aproximadas, a día de hoy se hace evidente la necesidad de obtener consideraciones de diseño limitantes que permitan exprimir al máximo las capacidades tecnológicas de la fabricación aditiva. En el caso de la fabricación de piezas complejas mediante la tecnología Binder Jetting, la cual está formada por una etapa de impresión de la pieza en verde y por otra etapa posterior de sinterizado, es aún más crítico el poder relacionar los parámetros geométricos de la pieza de diseño con los múltiples parámetros del proceso. El presente trabajo establece, partiendo de polvo fino de acero inoxidable 316L, las limitaciones geométricas de estructuras celulares tipo lattice basadas en las capacidades de impresión de piezas en verde y para el nivel de densificación deseado de la pieza final, todo ello asegurando piezas finales altamente precisas y sin deformaciones o colapsos debidos al proceso de sinterizado.

ABSTRACT. Uno de los principales objetivos de la ingeniería de tejidos es el desarrollo de estructuras porosas que imiten tanto las propiedades estructurales como las funcionales del hueso. En los últimos años se han desarrollado estructuras porosas de titanio que han mostrado una excelente biocompatibilidad y módulo elástico que permite reducir el apantallamiento de tensiones. La pulvimetalúrgia convencional ofrece la oportunidad de fabricación de sistemas porosos. Sin embargo, la capacidad de controlar la arquitectura de los poros, como la distribución de tamaños e interconectividad son muy limitadas. Además esta tecnología es rentable y competitiva para la fabricación de series largas y existe poca flexibilidad en cuanto al diseño. Por lo tanto, es de gran interés desarrollar un sistema de fabricación económico que permita obtener estructuras porosas de titanio. En este estudio se ha desarrollado y optimizado un método de fabricación aditiva que permite obtener estructuras porosas de titanio. Se han formulado 3 tipos de pastas y se han caracterizado mediante ensayos de inyectabilidad, análisis termogravimétricos y pruebas de extrusión 3D. Se han optimizado las etapas de secado y eliminación de binder para la pasta seleccionada. Se han sinterizado cilindros porosos para llevar a cabo una caracterización mecánica a compresión. Los resultados demuestran que se ha desarrollado correctamente un método como alternativa a la pulvimetalurgia convencional para la fabricación de estructuras porosas de titanio.

ABSTRACT. Fused Filament Fabrication (FFF) is an interesting alternative to metal and ceramic production parts, in which cost is significantly lower than other additive manufacturing technologies. Green parts containing thermoplastic binders are subsequently processed in a similar way than in the case of parts obtained by Powder Injection Moulding. Nevertheless, debinding and sintering processes remain the most challenging steps to be developed. In this work, M2 High Speed Steel powder has been mixed with different multicomponent binders to obtain feedstocks with 50 vol.% solid loading. These feedstocks have been used to produce several highly-filled filaments. Both mechanical characterization of the filaments in terms of tensile tests and a preliminary solvent debinding stage allowed selecting the most adequate materials that fulfil the requirements of the process. Moreover, it has been confirmed that M2 powder content can be increased up to 55 vol.% while maintaining suitable filaments mechanical properties to be spooled and printed. Green parts have been successfully produced in a conventional FFF printer showing similar relative density than that obtained after injection during PIM processing. Then, a two steps binder removal process has been designed achieving defects-free brown parts, without bubbles and cracks on the surface. After sintering optimization, high-quality final parts with relative density up to 99.6% have been obtained. Microstructure characterization showed a perfect adhesion and diffusion between layers after the printing step and the subsequent sintering, demonstrating the suitability of this PIM-prototyping strategy. Finally, mechanical properties of the sintered parts before and after thermal treatments have been evaluated.

ABSTRACT. La fabricación por impresión de hilo fundido (Fused Filament Fabrication, FFF) utilizando biopolímeros termoplásticos es una alternativa al conformado de piezas con forma compleja de materiales base carburos cerámicos. La impresión tridimensional de piezas utilizando estructuradores termoplásticos permite conformar cerámica y compuestos de metal-cerámica utilizando una mezcla bioplástica como estructurante o aglutinante de procesamiento. Esta técnica de conformado precisa de la preparación de un feedstock en forma de gránulos compuestos con una alta carga inorgánica (> 65% en peso), y una dispersión extremadamente uniforme de polvos metálicos y cerámicos dentro de la matriz del polímero. La optimización de una dispersión coloidal y la estabilización de las diferentes partículas inorgánicas consideradas, permiten la preparación de una mezcla homogénea con los estructuradores poliméricos en disolución. El mezclado vía húmeda conduce a una excelente distribución del estructurador termoplástico entre las partículas inorgánicas, no solo en los gránulos, sino también en los hilos y las piezas impresas, mejorando los procesos de debinding y/o el rendimiento de los tratamientos térmicos de consolidación. El procesamiento coloidal de las materias primas permite además la incorporación de nanofases o nanopartículas, mejorando su dispersión en el termoplástico en comparación con las rutas de mezclado por termofusión utilizadas hasta ahora. En este trabajo, se evalúa el efecto de la incorporación de nanofases metálicas en carburos, como Ti(C,N) y/o WC, en base a la homogeneidad de las mezclas y su comportamiento reológico, a lo largo del proceso de fabricación de la materia prima para la impresión de piezas tridimensionales por FFF.

ABSTRACT. La tecnología de fabricación aditiva Binder Jetting proporciona un nuevo alcance dentro de la fabricación aditiva de materiales metálicos y cerámicos, debido a la gran variedad de materiales procesables, la capacidad de fabricación de piezas de alta complejidad y su orientación a producciones de gran envergadura. En el presente trabajo, se analiza la versatilidad del proceso para la fabricación de piezas de SiSiC empleadas en ambientes extremos o de altas prestaciones. Para ello, se han estudiado, optimizado y validado todas las etapas del proceso con el objetivo de obtener piezas de gran calidad que cumplan los requisitos funcionales de los entornos de aplicación. Partiendo de la selección y caracterización de la materia prima, siguiendo con la optimización de los procesos de impresión y sinterizado, y terminando con la caracterización de las piezas fabricadas, se ha comprobado la viabilidad de la tecnología Binder Jetting para la fabricación de composites SiSiC para condiciones extremas.

ABSTRACT. The increasing demand for orthopedic implants is the driving force to seek new strategies to decrease costs and simultaneously improve patients comfort as well as simplify surgical procedures. This is especially critical for biodegradable and bioabsorbable materials for temporary implants, which continue to gain popularity in bone healing applications. In terms of processing, the additive manufacturing (AM) techniques are arising as the most appropriated techniques to produce customized 3D pieces with complex structures and geometries. This group of techniques has gained a special attention in biomedicine because patient-customized products are often required. Among AM techniques, the fused filament fabrication (FFF) is one of the most simple and inexpensive, which allows high printing speeds using thermoplastics as structurers. In this paper it is presented a new procedure to process hybrid scaffolds with high solid inorganic content using the FFF technique. Colloidal processing variables such as additives nature or media conditions have been observed to play an important role in the thermoplastic behavior of the feedstock as well as in the particles packing and dispersion into polymeric matrix. The stability and dispersion of particles is provided by their surface modification with dispersants which also enhance the interfacial interaction between inorganic and thermoplastic additives. This dispersion is studied by rheology as a function of the thermoplastics agent selected, PLA (Polylactic acid) and PEG (Polyethylenglicol). Versatility of the method is presented by using this procedure with different ceramic and metallic particles and processing porous scaffolds suitable for the biomedical industry.