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Desarrollo de un material compuesto mediante impresión 3D por impregnación in situ con matriz termoplástica y refuerzo continuo de fibra de mesocarpio de coco

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dc.contributor.advisorUnfried, Jimy
dc.contributor.authorÁvila Díaz, César Iván
dc.contributor.juryJaramillo Muñoz, Andrés Felipe
dc.contributor.juryColorado, Henry
dc.date.accessioned2024-08-21T21:18:14Z
dc.date.available2035-08-21
dc.date.available2024-08-21T21:18:14Z
dc.date.issued2024-08-16
dc.description.abstractEl uso de fibras naturales provenientes de cultivos agroindustriales han demostrado ser un importante insumo para la generación de materiales compuestos, debido a que presenta propiedades mecánicas superiores a matrices poliméricas comunes. Este estudio desarrolló un material compuesto de matriz de ácido poliláctico (PLA) reforzado con fibra continua del mesocarpio de coco, fabricado mediante impresión 3D por filamento fundido (FFF) con impregnación in-situ. El objetivo fue investigar la influencia del porcentaje de adición de fibra y el tratamiento superficial en las propiedades mecánicas del compuesto. Se implementaron métodos de funcionalización para fabricar hilos continuos de mesocarpio de coco con diferentes fracciones volumétricas y se adaptó la técnica FFF para generar muestras. La metodología incluyó caracterización morfológica y térmica de las fibras, optimización de parámetros de impresión, y análisis de adhesión interfacial fibra-matriz. Se evaluaron propiedades mecánicas a tensión y flexión del compuesto y la matriz pura. Los resultados mostraron que el tratamiento superficial y la fracción volumétrica de las fibras influyen significativamente en las propiedades mecánicas del compuesto. Además, la optimización de los parámetros de impresión mejoró la calidad del material compuesto. Se concluyó que la técnica de FFF con impregnación in-situ es viable para producir materiales compuestos reforzados con fibras naturales, ofreciendo un enfoque prometedor para el desarrollo de materiales sostenibles con mejoras en sus propiedades mecánicas.spa
dc.description.abstractThe use of natural fibres from agro-industrial crops has proven to be an important input for the generation of composite materials, due to their superior mechanical properties compared to common polymeric matrices. This study developed a polylactic acid (PLA) matrix composite material reinforced with continuous coconut mesocarp fibre, manufactured by fused filament fused fibre (FFF) 3D printing with in-situ impregnation. The objective was to investigate the influence of fibre addition percentage and surface treatment on the mechanical properties of the composite. Functionalisation methods were implemented to manufacture continuous coconut mesocarp yarns with different volume fractions and the FFF technique was adapted to generate samples. The methodology included morphological and thermal characterisation of the fibres, optimisation of printing parameters, and fibre-matrix interfacial adhesion analysis. Tensile and flexural mechanical properties of the composite and the pure matrix were evaluated. The results showed that surface treatment and fibre volume fraction significantly influence the mechanical properties of the composite. Furthermore, optimisation of the printing parameters improved the quality of the composite material. It was concluded that the FFF technique with in-situ impregnation is feasible to produce natural fibre reinforced composites, offering a promising approach for the development of sustainable materials with improved mechanical properties.eng
dc.description.degreelevelMaestría
dc.description.degreenameMagíster en Ingeniería Mecánica
dc.description.modalityTrabajos de Investigación y/o Extensión
dc.description.tableofcontentsLista de tablasspa
dc.description.tableofcontentsLista de figurasspa
dc.description.tableofcontentsResumenspa
dc.description.tableofcontentsAbstractspa
dc.description.tableofcontentsCapítulo 1. Descripción del trabajo de investigaciónspa
dc.description.tableofcontents1.1 Introducciónspa
dc.description.tableofcontents1.2 Objetivosspa
dc.description.tableofcontents1.2.1 Objetivo Generalspa
dc.description.tableofcontents1.2.2 Objetivos específicosspa
dc.description.tableofcontents1.3 Revisión de literaturaspa
dc.description.tableofcontents1.3.1 Materiales compuestosspa
dc.description.tableofcontents1.3.2 Fibras naturales como fase de refuerzo en la impresión 3Dspa
dc.description.tableofcontents1.3.3 Método de Impresión 3D por el método de impregnación in situ (FFF)spa
dc.description.tableofcontents1.3.4 Compatibilidad Fibra/Matrizspa
dc.description.tableofcontents1.3.5 Técnicas de caracterizaciónspa
dc.description.tableofcontents1.4 Estado del artespa
dc.description.tableofcontentsCapítulo 2. Diseño experimentalspa
dc.description.tableofcontents2.1 Hipótesisspa
dc.description.tableofcontents2.2 Diseño experimentalspa
dc.description.tableofcontents2.2.1 Universospa
dc.description.tableofcontents2.2.2 Variablesspa
dc.description.tableofcontents2.2.3 Recolección de datosspa
dc.description.tableofcontents2.2.4 Limitaciones y supuestosspa
dc.description.tableofcontentsCapítulo 3. Materiales y métodosspa
dc.description.tableofcontents3.1 Materia prima y herramientasspa
dc.description.tableofcontents3.1.1 Obtención de la fibra de mesocarpio de Cocospa
dc.description.tableofcontents3.1.2 Filamento para generar la matriz termoplásticaspa
dc.description.tableofcontents3.1.3 Recubrimiento de Resina epóxica flexiblespa
dc.description.tableofcontents3.1.4 Análisis morfológico de las fibras, la matriz y el material compuestospa
dc.description.tableofcontents3.1.5 Análisis Termogravimétrico y calorimetría diferencial de barridospa
dc.description.tableofcontents3.1.6 Análisis por espectroscopia infrarroja por transformada de Fourierspa
dc.description.tableofcontents3.2 Generación de hilo continuo de mesocarpio de cocospa
dc.description.tableofcontents3.2.1 Clasificación de fibrasspa
dc.description.tableofcontents3.2.2 Pretratamiento de fibrasspa
dc.description.tableofcontents3.2.3 Secado de Fibrasspa
dc.description.tableofcontents3.2.4 Elaboración de hilo continuospa
dc.description.tableofcontents3.2.5 Análisis de adhesión interfacial por pruebas Pull – Outspa
dc.description.tableofcontents3.2.6 Fabricación por trenzado de fibras de mesocarpio de cocospa
dc.description.tableofcontents3.2.7 Recubrimiento de fibras trenzadasspa
dc.description.tableofcontents3.2.8 Análisis de resistencia a tensión de fibras trenzadasspa
dc.description.tableofcontents3.2.9 Ensayo de mojabilidad por gota Sésilspa
dc.description.tableofcontents3.3 Adecuación de la técnica de fabricación de filamento fundido (FFF) y generación de material compuestospa
dc.description.tableofcontents3.3.1 Impresora 3D de doble cabezal de extrusiónspa
dc.description.tableofcontents3.3.2 Esquema de impresión y realización del Código-G para el control de la pieza de impresiónspa
dc.description.tableofcontents3.3.3 Diseño de la ruta de impresiónspa
dc.description.tableofcontents3.3.4 Optimización de parámetros de impresiónspa
dc.description.tableofcontents3.3.5 Modificación de la secuencia de deposiciónspa
dc.description.tableofcontents3.3.6 Fabricación de material compuesto y configuración de parámetrosspa
dc.description.tableofcontents3.3.7 Cálculo de la fracción volumétrica del refuerzo en el compuestospa
dc.description.tableofcontents3.4 Caracterización del material compuestospa
dc.description.tableofcontents3.4.1 Influencia de uso de pestañas en el ensayo de tensión de materiales compuestosspa
dc.description.tableofcontents3.4.2 Ensayos de tensión y flexión en materiales compuestosspa
dc.description.tableofcontentsCapítulo 4. Resultados y discusiónspa
dc.description.tableofcontents4.1 Desarrollo de hilo continuo de mesocarpio de cocospa
dc.description.tableofcontents4.1.1 Extracción de fibrasspa
dc.description.tableofcontents4.1.2 Formación de hilo continuo de mesocarpio de cocospa
dc.description.tableofcontents4.1.3 Caracterización morfológica de las fibrasspa
dc.description.tableofcontents4.1.4 Análisis del recubrimiento con resina epóxica flexiblespa
dc.description.tableofcontents4.1.5 Análisis de adherencias por pruebas Pull – outspa
dc.description.tableofcontents4.1.6 Efecto de la velocidad de enrollado en las propiedades a tracción de fibras trenzadas y el Angulo de torsiónspa
dc.description.tableofcontents4.1.7 Análisis de la mojabilidad por el método de gota sésilspa
dc.description.tableofcontents4.2 Adecuación de parámetros de impresiónspa
dc.description.tableofcontents4.2.1 Análisis termogravimétrico (TGA)spa
dc.description.tableofcontents4.2.2 Efecto de parámetros del proceso de impresión en la generación de defectos microestructuralesspa
dc.description.tableofcontents4.2.3 Análisis de defectos en el material compuestospa
dc.description.tableofcontents4.2.4 Modificación de deposición de impresiónspa
dc.description.tableofcontents4.3 Impresión de material compuestospa
dc.description.tableofcontents4.3.1 Calidad de deposición de material termoplástico impregnado en las fibras de mesocarpio de cocospa
dc.description.tableofcontents4.3.2 Impresión de probetas de tensión y flexiónspa
dc.description.tableofcontents4.3.3 Análisis del uso de aletas o TABS en las probetas de tensiónspa
dc.description.tableofcontents4.3.4 Determinación del contenido de fibra en las probetas de material compuestospa
dc.description.tableofcontents4.3.5 Análisis por espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR)spa
dc.description.tableofcontents4.4 Análisis de propiedadesspa
dc.description.tableofcontents4.4.1 Análisis del ensayo tensión de los materiales compuestosspa
dc.description.tableofcontents4.4.2 Análisis de los ensayos de flexión en materiales compuestosspa
dc.description.tableofcontents4.4.3 Efecto del tratamiento químico y el contenido de fibra sobre la resistencia a tensión del material compuestospa
dc.description.tableofcontents4.4.4 Efecto del tratamiento químico y el contenido de fibra sobre la resistencia a flexión del material compuestospa
dc.description.tableofcontentsCapítulo 5. Conclusionesspa
dc.description.tableofcontents6. Referencias bibliográficasspa
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad de Córdoba
dc.identifier.reponameRepositorio Universidad de Córdoba
dc.identifier.repourlhttps://repositorio.unicordoba.edu.co/
dc.identifier.urihttps://repositorio.unicordoba.edu.co/handle/ucordoba/8587
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad de Córdoba
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeniería
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dc.publisher.programMaestría en Ingeniería Mecánica
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dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/embargoedAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_f1cf
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.keywordsFused filament fabrication (FFF) with in-situ impregnationeng
dc.subject.keywordsCoconut mesocarp fibreseng
dc.subject.keywordsContinuous coconut mesocarp reinforcementeng
dc.subject.keywordsInterfacial adhesioneng
dc.subject.keywordsMechanical propertieseng
dc.subject.proposalFabricación de filamento fundido (FFF) con impregnación in-situspa
dc.subject.proposalFibras de mesocarpio de cocospa
dc.subject.proposalRefuerzo continuo de mesocarpio de cocospa
dc.subject.proposalAdhesión interfacialspa
dc.subject.proposalPropiedades mecánicasspa
dc.titleDesarrollo de un material compuesto mediante impresión 3D por impregnación in situ con matriz termoplástica y refuerzo continuo de fibra de mesocarpio de cocospa
dc.typeTrabajo de grado - Maestría
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.coarversionhttp://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aa
dc.type.contentText
dc.type.driverinfo:eu-repo/semantics/masterThesis
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dc.type.versioninfo:eu-repo/semantics/acceptedVersion
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