Ingeniero Civil Mecánico / La tecnología de impresión 3D en los últimos años ha tomado un notable impulso, abarcando un amplio espectro de rubros. En particular, esta memoria se concentra en la aplicación de esta tecnología en el área de la construcción, específicamente en la impresión 3D por extrusión de hormigón. Debido a la complejidad inherente en la tecnología, esta memoria se adscribe a la iniciativa Beauchef Proyecta de financiar proyectos multidisciplinarios innovadores y desafiantes. Particularmente este proyecto comprende la inclusión de alumnos de Ingeniería Civil y Computación. Este proyecto comprende el diseño y construcción de un prototipo de impresora 3D de hormigón, con el fin de realizar las probetas requeridas para el estudio y ensayos de concretos aptos para la impresión 3D. Se decidió realizar un prototipo para preparación de probetas, debido a que el estudio de las propiedades de los concretos aptos para impresión 3D a mayor escala se encuentra aún en desarrollo. La impresora 3D diseñada, bautizada Hefesto 3D, corresponde a un modelo cuyo desplazamiento es del tipo cartesiano, el cual posee un extrusor para concreto en su cabezal principal, que está compuesto por un tornillo de Arquímedes. Esta configuración fue seleccionada por su facilidad de construcción y robustez requerida para la deposición del concreto. La impresora tiene un volumen útil de 800x800x600mm con el cual se pueden preparar distintas figuras de probetas para el estudio de concreto idóneos para impresión 3D. Como prototipo se logró un diseño que cumple con el requerimiento funcional planteado inicialmente, se realizaron algunas dos pruebas de impresión 3D de concreto. Estas pruebas determinaron que la funcionalidad de la impresora se logra, sin embargo se encontraron varios resultados para la optimización y mejoras de la impresora 3D, discutidos en este reporte. Se realizan pruebas de funcionamiento con una sola fórmula de concreto. Finalmente, cabe señalar que esta impresora es sólo un punto de partida para una serie de proyectos de investigación tanto en la disciplina civil, mecánica y computación. Desde el área civil, se pueden investigar una serie de parámetros del concreto. En la disciplina mecánica, investigar mejoras de diseño, componentes, materiales y creación de nuevos equipos de apoyo a la impresora 3D, como el bombeo del material.

La impresión dental es el procedimiento que más se realiza en la práctica clínica odontológica por lo que es indispensable realizarla de manera correcta para obtener un modelo definitivo óptimo. El propósito del presente estudio fue evaluar la alteración dimensional en modelos de yeso tipo IV obtenidos de impresiones con alginato, en las cuales la preparación empleó mayor o menor proporción de agua de lo que el fabricante refiere para la mezcla. El material utilizado fue alginato Tropicalgin de Zhermack®. Se realizó un modelo maestro de acero inoxidable, el cual simulaba una hemi-arcada con dos pilares. Se establecieron 3 grupos (Grupo1, Grupo control: 18 ml de agua y 9gr de polvo que corresponden a las proporciones indicadas por el fabricante, grupo 2: 13.5 ml de agua y 9 gr de polvo y grupo 3: 24 ml de agua y 9 gr de polvo). Se realizaron 15 impresiones por cada grupo que fueron vaciadas en yeso tipo IV Elite Rock de Zhermack®. Se realizaron 8 medidas a los modelos de yeso obtenidos de éstas impresiones mediante una máquina de medición por coordenadas con tecnología de Scanning por contacto modelo Contura G2 ZEISS para ser comparadas con las medidas del modelo maestro. Se hallaron diferencias estadísticamente significativas para las localizaciones E, F, G y H que corresponden a las medidas de las cimas y bases de los pilares. / Tesis

El objetivo del presente estudio fue comparar la estabilidad dimensional de los modelos definitivos obtenidos mediante dos técnicas de impresión con siliconas de adición. El diseño de contrastación fue experimental. Se confeccionó una matriz metálica de acero inoxidable según la ADA n° 19 la cual presentaba 2 pilares con una altura promedio de 10.13 mm, y un diámetro promedio de 10.36 mm respectivamente. Se tomaron 40 impresiones con siliconas de adición, 20 de ellas según la técnica de un paso y 20 de ellas según la técnica de 2 pasos. El vaciado se realizó con yeso tipo IV con una mezcladora al vacío twister evolution venturi de la marca renfert modelo 1829. Finalmente se procedió a medir los pilares de los modelos vaciados tanto en altura y diámetro con un calibrador milimétrico digital de la marca Mitutoyo con una aproximación de 0.01 mm. Y se obtendrá mediante la fórmula del Volumen= π * r2 * h la estabilidad dimensional. Donde π es una constante de 3.14, r es radio (diámetro / 2) y h es altura. Los datos fueron procesados a través del análisis de Tukey para determinar la diferencia de medias entre los grupos experimentales con un nivel de significancia al 95% y la prueba de Lavene para diferencias de varianzas. Se concluyó que los modelos obtenidos a partir de la técnica de impresión de un paso presentan mayor estabilidad dimensional a comparación de los modelos obtenidos con la técnica de impresión de dos pasos. / Tesis

Ingeniero Civil Mecánico / La cantidad de personas que se han tenido que someter a una operación de amputación ha crecido en la última década y se proyecta que siga creciendo. Los costos de una prótesis comercial que permite al sujeto volver a sus actividades normales son muy altos para una gran porción del público que las necesitan. Otras soluciones, como usar muletas, no proveen la suficiente funcionalidad al paciente, quien debe compensar estas deficiencias con otros movimientos. El objetivo del trabajo realizado es concebir una prótesis de pierna para aquellos amputados que posean una amputación a nivel de tibia, o transtibial y que ésta sea de un costo/vida útil conveniente. Para el cumplimiento de este objetivo se identifican cuatro fases clave: Primero, diseñar y optimizar una tibia que provea soporte estructural al peso del usuario, siendo el método independiente del paciente; segundo, diseñar un pie que permita dorsiflexión plantar, inversión y eversión de tobillo, dándole al usuario un buen rango de movimiento y estabilidad en la articulación; tercero, modelar la respuesta estática y de resistencia a la fatiga, debido a los esfuerzos cíclicos a los que se ve expuesta cada pieza; Por último, hacer una evaluación económica y análisis de influencia de partidas para la producción de un único prototipo. Se diseña una prótesis a partir de placas de polioximetileno cortadas con waterjet y Nylon12 impreso en 3D, con un costo total de 173,500 pesos y un costo anual de 77,400 pesos por concepto de reemplazo de piezas. En este trabajo también se proponen mejoras a los algoritmos desarrollados, así como mejoras posibles al diseño general y procesos de manufactura involucrados en la prótesis concebida. Esto con miras a una segunda iteración en el diseño.

Ingeniero Civil / La impresión 3D es una tecnología que está revolucionando la fabricación de muchos productos, procesos y servicios, mostrando su potencial en una amplia gama de disciplinas, incluso en el mundo de la ingeniería Civil y Construcción. El proceso de impresión 3D se basa considerando el material, la forma o geometría del elemento, las fuerzas que son aplicadas y la técnica o estrategia de impresión. Estos principales componentes están estrechamente relacionados y conectados, pero las relaciones son generalmente desconocidas. Este trabajo de título contempla sólo el estudio del material de impresión, en particular, el hormigón. Este material tiene una serie de características particulares que debe cumplir para que pueda usarse en una máquina de impresión 3D. El hormigón de impresión tiene que tener la capacidad de ser transportado y extruido en una máquina, para luego, ser capaz de construirse en capas con una calidad, unión y resistencia aceptable. Por tal razón, se estableció que las propiedades críticas en estado fresco de una mezcla de impresión son: la extrudabilidad, calidad de extrusión, trabajabilidad, tiempo abierto y edificabilidad. Con el propósito de encontrar una mezcla óptima para imprimir, se proponen una serie de ensayos experimentales de cada una de las propiedades en estado fresco, que se realizarán en una máquina de pruebas construida en paralelo a este trabajo. Además, se entregan una serie de antecedentes de una mezcla de impresión, en cuanto a sus componentes, características, influencia en las propiedades críticas, entre otros. Finalmente, se propone un protocolo de ensayos para encontrar la mezcla óptima.

Ingeniero Civil Mecánico / Actualmente existen equipos de extrusión de escritorio que producen filamento, pero trabajan sobrecalentando el material. En general los plásticos están destinados sólo a un ciclo térmico, por lo que no existe preocupación por la degradación producida en los plásticos a raíz de temperaturas excesivas. El propósito general de este trabajo consiste en diseñar una máquina capaz de tratar materiales termoplásticos disminuyendo su degradación, para generar a partir de éstos, un filamento útil para impresoras 3D FDM. Para lo anterior se estudia el comportamiento de una extrusora previamente diseñada y partes fabricadas, para luego definir la geometría general y las variables de diseño adecuadas para representar convenientemente un calefactor para extrusión de filamento. Una vez definida la forma general del calefactor, se modela a partir de diferencias finitas su campo de temperaturas en operación. Para lograr la solución de las ecuaciones desarrolladas, se programó una aplicación computacional en lenguaje Java, permitiendo su fácil utilización en la mayoría de los sistemas operativos existentes, desplegando la solución del problema sin un equipo computacional avanzado. Este programa resuelve un calefactor específico, con medidas, materiales y estado de operación particular, entregando el campo de temperaturas de todo el equipo. Posteriormente, se definieron variables de desempeño e índices de desempeño que caracterizan un calefactor en particular y su estado de operación, permitiendo su comparación frente a otros equipos y escenarios. Los índices de desempeño y el programa previamente desarrollado, se utilizaron para crear una nueva aplicación computacional que modifica variables de diseño y mide desempeño de las variaciones. Con esto, se estudiaron todas las variables geométricas que influyen en la creación del calefactor, para así, definir la forma final del equipo a través de la optimización de dichas variables. Se finaliza el trabajo con un diseño sencillo, de fácil construcción y optimizado, capaz de trabajar con distintos materiales termoplásticos. Para ello, se utilizan los mismos programas desarrollados para la optimización del diseño, para perfeccionar el funcionamiento para un material en específico.

La presente tesis es planteada con el objetivo de diseñar una máquina automática compacta que permita reciclar plástico ABS, proveniente de las piezas funcionales en desuso de los laboratorios de la PUCP, y convertirlo en filamentos para impresión 3D. Se determinó que el diseño del sistema mecatrónico contará con tres estaciones interconectadas que realizan un proceso específico: triturar, extruir y enrollar el filamento de ABS. Este diseño permite que la maquina pueda realizar cada proceso independiente, con lo cual se obtiene mínimamente 0.5 kg de filamento ABS para impresión 3D de distintos diámetros comerciales de forma continua. Además, el diseño contempla la posibilidad del reciclaje de otros tipos de plástico con propiedades mecánicas y físicas similares al ABS. Así, se abordan los cálculos de diseño mecánico, los análisis de resistencia de distintos materiales mediante simulaciones computacionales, la selección de componentes, la propuesta del control del sistema, y los planos de ensamble y despiece para su fabricación. De esta manera, se obtiene un estimado del costo de diseño y fabricación para un ejemplar de aproximadamente S/33,000.00. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Actualmente las herramientas de fabricación están limitadas a producir objetos cuyas dimensiones no sobrepasen los límites de su volumen de manufactura. En el caso de las impresoras 3D la relación entre el volumen de manufactura y el tamaño de la máquina se aproxima a la unidad debido a su principio de funcionamiento. Lipson comenta en su libro Fabricated que es posible aumentar esta relación al infinito si es que la impresora 3D se acopla a un mecanismo que se mueva libremente por el espacio. En el presente trabajo se relata el proceso de desarrollo y caracterización de Koala 3D, una impresora 3D móvil que es capaz de fabricar objetos de mayor tamaño que su propia altura. Esto lo hace gracias a que continuamente modifica la posición de su volumen de manufactura al trepar la pieza (estructura) que va imprimiendo en paralelo. El desarrollo de Koala 3D se hizo dividiendo el prototipo en dos subconjuntos: una impresora 3D y un robot trepador. Para el diseño de la parte impresora se basó en modelos que funcionan mediante el método de modelado por deposición fundida e innovándose en el mecanismo que posiciona el material sobre el área de manufactura. La parte trepadora se diseñó procurando que se moviera con precisión a lo largo de la estructura impresa y que fuera capaz de soportar largas sesiones de manufactura. Para el control del prototipo se emplearon plataformas y programas dedicados al rubro de la impresión 3D que se utilizan ampliamente en comunidades hágalos-usted-mismo . El hardware Ramps 1.4 fue capaz de operar ambas partes a pesar de no estar diseñada para el control de un robot trepador o móvil. El firmware Marlin cargado en el controlador de la máquina facilitó la interacción entre el usuario y el prototipo mediante la utilización del código máquina. Luego de fabricados y calibrados los distintos mecanismos del sistema se finalizó el trabajo caracterizando y estudiando el desempeño del prototipo. La energía consumida y la calidad de los objetos manufacturados fueron similares a impresoras de escritorio utilizadas en la actualidad. También se estudiaron las oscilaciones del sistema al manufacturar una pieza estandarizada, analizando las implicancias del diseño en este fenómeno y dando recomendaciones para trabajos futuros.

Trabajo de Investigación Requisito para optar al Título de Cirujano Dentista / Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento / Se realizó un estudio con el fin de comprobar si una técnica de impresión realizada con poliéter obtenía mejores valores de retención y estabilidad que una técnica de impresión realizada con pasta zinquenólica más compuesto de modelar. Para ello, ocho pacientes totalmente desdentados fueron elegidos al azar y se les realizó a cada uno de ellos las dos técnicas de impresión, registrando el tiempo utilizado para ello. Una de las técnicas de impresión se realizó con poliéter en una cubeta individual parcialmente espaciada y otra con pasta zinquenólica más compuesto de modelar en una cubeta individual ajustada. De cada una de las técnicas de impresión de trabajo se obtuvo una base protésica construida en acrílico de termopolimerización, por lo que para cada paciente correspondían dos bases protésicas. Posteriormente, se midió la retención de las bases protésicas con dinamómetro y se valoró su estabilidad con el método de Woelfel. Los resultados de retención en cada una de las técnicas se sometieron a un análisis estadístico, no encontrándose evidencia experimental de diferencia en la retención para ambas técnicas. Los valores de estabilidad no fueron sometidos a análisis estadístico por ser los valores idénticos en 7 de las 8 mediciones. Además, se analizó estadísticamente los tiempos utilizados en la realización de ambas técnicas de impresión encontrándose una diferencia significativa a favor de la técnica que utiliza poliéter como material de impresión. Por lo tanto, se puede obtener valores de retención y estabilidad de prótesis totales superiores similares al realizar la impresión de trabajo con cualquiera de las técnicas descritas en este trabajo. Sin embargo, se pueden obtener utilizando un menor tiempo con la técnica de impresión que utiliza poliéter como material de impresión.

Trabajo de Investigación para optar al título de Cirujano Dentista / En Rehabilitación Oral Implanto-Asistida, la ferulización de cofias de transferencia (transfers) con resina acrílica de auto-polimerización al tomar impresiones definitivas continúa siendo controversial, considerándose por algunos autores como una técnica que proporciona gran estabilidad en la posición tridimensional de las estructuras, favoreciendo el registro exacto de las plataformas implantarias y ajustes libres de tensiones entre los elementos protésicos y los implantes y/o pilares. La inevitable contracción del acrílico al polimerizar genera distorsión al ferulizar las cofias, siendo necesario buscar alternativas que controlen esta variación dimensional. Este estudio in vitro analizó la Distorsión Posicional entre dos cofias de transferencia en un modelo experimental, expresada en Variación Dimensional entre las estructuras y su Ajuste a los análogos, luego de ferulizarlas con resina acrílica de auto-polimerización de dos formas distintas, sobre una matriz de alambre ortodóncico v/s seda dental, registrando las mediciones en 30 muestras de cada grupo en dos tiempos operatorios: post ferulización y post referulización (luego de cortar-referulizar). El grupo de muestras que presentó menor Distorsión Posicional, estadísticamente significativa, entre los transfers luego de ferulizar con acrílico fueron las realizadas sobre alambre ortodóncico. En contraste con estos resultados post ferulización, al cortar y referulizar las estructuras, la Distorsión posicional fue menor para ambos grupos, pero sin diferencias estadísticamente significativas entre alambre y seda dental en este segundo tiempo operatorio. Sobre la base de estos resultados, este estudio in vitro sugiere la posibilidad de ferulizar los transfers con acrílico de auto-curado: sobre alambre ortodóncico en 1 tiempo operatorio; o sobre alambre ortodóncico o seda dental si se prefiere cortar y referulizar las estructuras en 2 tiempos operatorios, controlando de esta forma aún más la distorsión posicional entre las cofias en la toma de registros definitivos.