Desde hace 25 años la empresa familiar “Arribasplata Seguin” viene produciendo juguetes, cuyas partes principales son fabricadas artesanalmente mediante moldeo rotacional, en el que se emplean polímeros termoplásticos como materia prima. Dado que todo el proceso se hace a mano, no se pueden controlar los parámetros del proceso ni las características del producto; asimismo, el tamaño y la cantidad de los juguetes que se fabrican están limitados por la destreza, experiencia y condición física de la persona que realiza el trabajo. Para resolver estos problemas y mejorar la producción de juguetes, la empresa ha decido implementar un equipo de moldeo rotacional, capaz de hacer girar un arreglo de moldes huecos simultáneamente en dos ejes perpendiculares, al mismo tiempo que se calienta dentro de un horno para que el material contenido en los moldes pueda adherirse homogéneamente a la superficie interior de los mismos y, luego de ser enfriados, den como resultado productos huecos de espesor más uniforme, mejor calidad y en mayor cantidad. El objetivo del presente trabajo es diseñar un sistema mecánico de rotación biaxial, de 400 kg de capacidad de carga y 300°C de temperatura máxima de trabajo, para la fabricación de juguetes de polímeros termoplásticos mediante moldeo rotacional. El diseño del sistema mecánico de rotación biaxial se realizó según la metodología recomendada por la Asociación de Ingenieros Alemanes (Verein Deutscher Ingenieure, VDI 2221) cuyo título es “Métodos para el desarrollo y diseño de sistemas técnicos y productivos”. Con ayuda de la recomendación, el proceso de diseño se llevó a cabo de forma ordenada y según las cuatro etapas que sugiere el documento. Durante la primera etapa se identificaron las características generales de todo el equipo de moldeo rotacional, con el fin de conocer su influencia sobre el sistema de rotación. En la segunda etapa se plantearon cuatro conceptos de solución que fueron evaluados con ayuda de un análisis técnico-económico para identificar el concepto de solución óptimo. Finalmente, durante la tercera y cuarta, se desarrollaron todos los detalles del diseño concernientes al sistema de rotación. En conclusión, se ha diseñado un sistema mecánico de rotación biaxial para la fabricación de juguetes de polímeros termoplásticos mediante moldeo rotacional. El sistema mecánico es capaz de hacer girar un conjunto de moldes en dos direcciones perpendiculares con una velocidad máxima de 20 rpm, al mismo tiempo que se calientan dentro de una cámara que puede llegar hasta los 300 °C.

El presente trabajo expone la necesidad ambiental de reciclar, recuperar y re-utilizar los residuos sólidos que se generan actualmente en las ciudades e industrias del país; para ello, el objetivo de este trabajo es el diseño de un molde capaz de fabricar, por medio de compresión térmica, probetas de ensayo conformadas por un material compuesto de matriz plástica y refuerzos celulósicos que pueda ser compatible con la gran variedad de residuos plásticos reciclados y desechos de la industria maderera, para así obtener tableros y paneles que sean utilizados en la construcción de viviendas, muebles y accesorios ecológicos de bajo costo. Asimismo, se ha establecido que las probetas estén compuestas por una matriz plástica y refuerzos celulósicos, principalmente; PET y desechos madereros, respectivamente. El diseño se ha basado en los requerimientos que establece la norma internacional ASTM 1037 - 06a “Standard Test Methods for Evaluating Properties of Wood-Base Fiber and Particle Panel Materials”. El procedimiento metodológico adoptado para este trabajo ha sido, en primer lugar, el análisis individual de las propiedades mecánicas y físicas de los elementos constituyentes de la probeta y su comportamiento bajo las condiciones de procesamiento. Seguidamente, se elaboró una comparación cuantitativa de posibles alternativas de diseño para obtener la mejor posibilidad tecnológica; a continuación, mediante un análisis mecánico y térmico del molde y demás accesorios necesarios, se ha diseñado el equipo de moldeo: tanto planos de despiece y fabricación, como los costos involucrados en materiales y manufactura. Finalmente, el trabajo concluye que es posible diseñar un molde capaz de cumplir con las especificaciones de fabricación de probetas de madera compuesta, en lo referente a dimensiones y tolerancias, según la norma internacional ASTM D 1037 – 06a. Asimismo, los refuerzos de madera no se degrada instantáneamente a altas temperaturas, sino que existe un período de tiempo que posibilita conservar, de forma parcial, las propiedades mecánicas y físicas de aquellas, durante del proceso de fabricación de la probeta.

Una de las primeras etapas en el Ciclo de Desarrollo Producto-Proceso es el Diseño Conceptual del producto. El Diseño Conceptual define el concepto físico del producto, estableciendo los principios para el ejercicio de su función e identificando sus geometrías características. Un diseño puede ser difícil de fabricar, originando defectos y parámetros inadecuados durante el proceso de fabricación que dan lugar a la necesidad de cambios en ingenieria que, a su vez, aumentan el tiempo de puesta en el mercado. Disponer de una herramienta de asesoramiento automático capaz de mostrar la influencia del diseño en la fabricabilidad de la pieza en un tiempo reducido resulta esencial en el Diseño Conceptual. Con una metodología de este tipo, se ofrece la posibilidad de estimar la calidad final de la pieza y su funcionalidad incluso antes de que se proceda con su fabricación. Una herramienta de asesoramiento que relaciona el diseño del producto con su fabricabilidad debe estar basada en el conocimiento de los procesos que rigen las etapas del proceso de fabricación. Relacionar la geometría del producto con su fabricabilidad utilizando dicho conocimiento permite estimar la viabilidad del producto antes de ser fabricado, mejorando el diseño del producto y evitando los costosos cambios de ingeniería que son necesarios cuando se detectan problemas en la fase de producción. En los procesos de conformado por inyección unos de los aspectos más importantes de la fabricabilidad son la posibilidad de moldeo/desmoldeo, un llenado completo y uniforme y una distribución de espesores uniforme o con cambios suaves. Todos estos aspectos están claramente relacionados con la geometría de la pieza. En esta Tesis Doctoral se detallan las bases para el desarrollo de una herramienta capaz de estimar de forma automática e integrada la fabricabilidad de una pieza conformada por el Moldeo por Inyección de Polvos (MIP). El MIP es un proceso de conformado que incluye la etapa de inyección por lo / Petrovic, V. (2008). Análisis de fabricabilidad de piezas conformadas por moldeo por inyección de polvos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2284 / Palancia

En las últimas décadas, la industria de los plásticos ha crecido considerablemente con el uso de materiales, tales como el polipropileno y polietileno en la innovación de diversos productos en sectores del envasado, construcción y automovilístico. No obstante, el manejo de los desechos plásticos aún sigue siendo una problemática mundial; ya que, existe un porcentaje de éstos que son depositados en vertederos. Por tanto, la disminución de la contaminación ambiental se ha convertido en un objetivo importante para las entidades gubernamentales, empresas y sociedad en general. De esta manera, se insiste en la implementación de proyectos que disminuyan el impacto ambiental y contribución al desarrollo y progreso del país mediante el reciclaje de residuos plásticos y reutilización de otros desechos. En esta perspectiva, el objetivo de la presente tesis es el estudio del sinterizado de materiales compuestos fabricados a partir de polipropileno reciclado y partículas de madera capirona recuperadas, empleando el proceso de moldeo por compresión. La metodología experimental de la investigación consta de cuatro etapas fundamentales: Primeramente, se realizó la caracterización de la materia prima (plástico y madera) de acuerdo a normas ASTM. En segundo lugar, se fabricó un total de 63 muestras (variando la temperatura y tiempo de trabajo) con la finalidad de determinar los parámetros de sinterizado para la fabricación del material compuesto. Posteriormente, se fabricó 45 muestras del material compuesto sinterizado manteniendo la temperatura y tiempo de trabajo constantes con la variación del contenido y tamaño de partícula de madera. Finalmente, se fabricaron probetas que se utilizaron en los ensayos de flexión, tracción, impacto, densidad y absorción de agua según normas ASTM, y se realizó un análisis térmico de los compuestos que demostraron mejores propiedades mecánicas; así como el análisis morfológico con un microscopio electrónico de barrido (SEM) en la rotura de la probeta después de los ensayos mecánicos. A partir del estudio del proceso de sinterizado de los materiales compuestos fabricados con polipropileno reciclado y partículas de madera capirona mediante el moldeo por compresión, se determinó que, para una misma proporción y tamaño de partícula de madera, las propiedades mecánicas en geometría de flexión se incrementan a mayor temperatura de trabajo y, de manera similar, también se incrementa con el tiempo hasta un máximo para luego disminuir con tiempos excesivos. / Tesis

[ES] La evolución de la tendencia del pensamiento de la gente en los últimos años ha cambiado, llevándonos a adquirir nuevos valores enfocados en la sostenibilidad de los recursos naturales y el respeto hacia el medio ambiente. Con ello, la perspectiva de producto se ha visto afectada en todos los sectores, incluido el sector de la automoción. La aparición de nuevas normas medioambientales han establecido obligaciones sobre los fabricantes de vehículos respecto a la reducción de consumo y emisiones contaminantes por lo que cada vez es más habitual identificar materiales ligeros en vehículos de uso cotidiano con la finalidad de mejorar la eficiencia energética a partir de la reducción de masa. El presente estudio pretende avanzar un paso más en la utilización de materiales compuestos centrando su temática en el desarrollo de nuevos materiales para la fabricación de componentes estructurales de vehículos que permitan la reducción de consumos desde un punto de vista sostenible. Para ello se plantea la aplicación de nuevos materiales compuestos basados en la utilización de fibras naturales, que sustituyan a los materiales utilizados tradicionalmente. En el estudio se plantea la utilización de una única matriz (epoxi) común a todos los tejidos naturales ensayados que permita realizar un estudio comparativo centrado en los tejidos, para obtener un material compuesto eficiente en su fabricación, uso y reciclaje buscando el equilibrio entre densidad, coste, resistencia y reciclabilidad. El estudio ha consistido en la realización de ensayos de tracción, compresión, flexión, impacto, dureza, cortadura y fatiga, a partir de los cuales se han podido extraer las propiedades mecánicas necesarias para realizar un modelo MEF uniaxial en el software ANSYS ACP, comparando resultados con distintas orientaciones de fibras. Tras esto, se ha dimensionado un componente utilizando el modelo MEF uniaxial para un estudio multiaxial. Este componente ha sido fabricado y posteriormente ensayado en un banco de fatiga con la finalidad de contrastar los resultados del software con los obtenidos empíricamente, y a su vez validar la aplicación. / [CA] L'evolució de la tendència del pensament de la gent als últims anys ha canviat, portant-nos a adquirir nous valors enfocats a la sostenibilitat dels recursos naturals i al respecte cap al medi ambient. A causa d'això, la perspectiva de producte s'ha vist afectada en tots els sectors, inclòs al sector de l'automoció. L'aparició de noves normes mediambientals han establit obligacions sobre els fabricants de vehicles respecte a la reducció de consum i emissions contaminants pel que cada vegada és més habitual identificar materials lleugers en vehicles d'ús quotidià amb la finalitat de millorar l'eficiència energètica a partir de la reducció de massa. El present estudi pretén avançar un pas més en la utilització de materials compostos centrant la seua temàtica en el desenvolupament de nous materials per a la fabricació de components de vehicles que permeten la reducció de consums des d'un punt de vista sostenible. Per a això es planteja l'aplicabilitat de nous materials compostos basats en la utilització de fibres naturals, que substituïsquen els materials emprats tradicionalment. En l'estudi es planteja la utilització d'una única matriu (epoxi) comú a tots els teixits naturals assajats que permeta realitzar un estudi comparatiu centrat en els teixits per obtindre un material compost eficient en la seua fabricació, ús i reciclatge, buscant l'equilibri entre densitat, cost, resistència i reciclabilitat. L'estudi ha consistit en la realització d'assajos de tracció, compressió, flexió, impacte, duresa, tallant i fatiga, a partir dels quals s'han pogut extraure les propietats mecàniques necessàries per a realitzar un model MEF uniaxial al programa ANSYS ACP, comparant resultats amb diferents orientacions de fibres. Després d'això, s'ha dimensionat un component utilitzant el model MEF uniaxial per a un estudi multiaxial. Aquest component s'ha fabricat i posteriorment s'ha assajat en un banc de fatiga amb la finalitat de contrastar els resultats del programa amb els obtinguts empíricament, i alhora ha servit per validar l'aplicació. / [EN] The evolution of the trend of people's thinking in recent years has changed, leading us to acquire new values focused on the sustainability of natural resources and respect for the environment. As a result, the product outlook has been affected in all sectors, including the automotive. The imposition of new environmental regulations has established obligations for vehicle manufacturers in terms of fuel consumption and polluting emissions, which is why it is increasingly common to identify lightweight materials in everyday vehicles, in order to improve energy efficiency through from mass reduction. This study seeks to advance the use of composite materials, focusing its theme on the development of new materials for the manufacture of structural vehicle components. For this, it is proposed the development of new composite materials based on the use of natural fibers is proposed to replace the materials traditionally used. In the work is proposed a comparative study focused on fabrics, using a single matrix (epoxy) common to all the test specimens, to obtain an efficient composite material in its manufacture, use and recycling, seeking the balance between density, cost, resistance and recyclability. During the development of the research, it has been necessary to perform tensile, compression, bending, impact, hardness, shear and fatigue tests to extract the mechanical properties necessary to make a uniaxial MEF model in the ANSYS ACP software, comparing results with different orientations fibers. After this, a component has been dimensioned using the uniaxial FEM model for a multiaxial study. This component has been manufactured and subsequently tested in a fatigue bench in order to compare the results of the software with those obtained empirically, and in turn validate the application. / Oliver Borrachero, BA. (2021). Estudio de la utilización de fibras naturales en materiales compuestos laminados para fabricación de componentes de automoción [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/165809 / TESIS