Optimización de la imprimibilidad de compuestos a base de LDPE para la producción de herramientas en misiones espaciales tripuladas: de la simulación numérica a la fabricación aditiva
Autores: De Rosa, Federica; Laurenzi, Susanna
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Optimización de la imprimibilidad de compuestos a base de LDPE para la producción de herramientas en misiones espaciales tripuladas: de la simulación numérica a la fabricación aditiva
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Impresión 3D
Fabricación aditiva
Ldpe
Pal
Tensiones residuales
Deformación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
La fabricación por deposición de filamento fundido (FFF) es una tecnología de impresión 3D que se ha demostrado con éxito a bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI), demostrando su idoneidad para aplicaciones espaciales. En este estudio, nuestro objetivo fue aplicar FFF a la impresión 3D de envases de bebidas espaciales reciclados, hechos de LDPE y un trilaminado de PET-Aluminio-LDPE (PAL). Para minimizar el desperdicio de material y optimizar el proceso experimental, primero realizamos simulaciones numéricas de fabricación aditiva. Utilizando el software Digimat-AM 2021.1, analizamos las tensiones residuales y la deformación en un compuesto de LDPE/PAL con un contenido de relleno del 10 % en peso, procesado a través de la técnica FFF. Se variaron tres parámetros clave de impresión, incluyendo la velocidad de impresión y el patrón de relleno, en diferentes niveles para evaluar su impacto. Una vez que se identificó la combinación óptima de parámetros para minimizar las tensiones residuales y la deformación, procedimos con la fase experimental, imprimiendo objetos de complejidad creciente para validar la correlación entre las predicciones numéricas y los modelos impresos en 3D. La fabricación exitosa de todas las geometrías en condiciones optimizadas confirmó las predicciones numéricas, particularmente la reducción de la deformación y la tensión residual, validando la viabilidad del material para la fabricación aditiva. Estos hallazgos apoyan la aplicación potencial del compuesto LDPE/PAL para estrategias de utilización de recursos in situ en misiones espaciales a largo plazo.
Descripción
La fabricación por deposición de filamento fundido (FFF) es una tecnología de impresión 3D que se ha demostrado con éxito a bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI), demostrando su idoneidad para aplicaciones espaciales. En este estudio, nuestro objetivo fue aplicar FFF a la impresión 3D de envases de bebidas espaciales reciclados, hechos de LDPE y un trilaminado de PET-Aluminio-LDPE (PAL). Para minimizar el desperdicio de material y optimizar el proceso experimental, primero realizamos simulaciones numéricas de fabricación aditiva. Utilizando el software Digimat-AM 2021.1, analizamos las tensiones residuales y la deformación en un compuesto de LDPE/PAL con un contenido de relleno del 10 % en peso, procesado a través de la técnica FFF. Se variaron tres parámetros clave de impresión, incluyendo la velocidad de impresión y el patrón de relleno, en diferentes niveles para evaluar su impacto. Una vez que se identificó la combinación óptima de parámetros para minimizar las tensiones residuales y la deformación, procedimos con la fase experimental, imprimiendo objetos de complejidad creciente para validar la correlación entre las predicciones numéricas y los modelos impresos en 3D. La fabricación exitosa de todas las geometrías en condiciones optimizadas confirmó las predicciones numéricas, particularmente la reducción de la deformación y la tensión residual, validando la viabilidad del material para la fabricación aditiva. Estos hallazgos apoyan la aplicación potencial del compuesto LDPE/PAL para estrategias de utilización de recursos in situ en misiones espaciales a largo plazo.