articles+ search results

3D Printing, Polymers, Ionic liquids, Advanced Applications, PILs, and Ciències

Doctorat internacional

Actualització del model d'elements finits, Actualización del modelo de elementos finitos, Finite element model updating, FEMU, Correlació digital d'imatges, Correlación digital de imágenes, Digital image correlation, DIC, Identificació elàstica, Identificación elástica, Elastic identification, Mètode invers, Método inverso, Inverse method, Fabricació additiva, Fabricación aditiva, Additive manufacturing, Impressió 3D, Impresión 3D, 3D printing, Compostos de fibra continua de carboni i matriu termoplàstica, Compuestos de fibra continua de carbono y matriz termoplástica, Composites of continuous carbon fiber and thermoplastic matrix, Laminats simètrics i balancejats, Laminados simétricos y balanceados, and Symmetrical and balanced laminates

In recent years, additive manufacturing technologies (3D printing) have been introduced in different fields, such as locomotion and bioengineering, among others. Extrusion by Fused Deposition Modeling (FDM) or Fused Filament Fabrication (FFF) is striking among the different 3D printing techniques for its versatility and capabilities. The mechanical properties of the materials manufactured with this type of manufacturing technology depend on factors associated to machine parameters, material density, manufacturing orientation, working parameters and environmental conditions. Due to the process of manufacturing, materials printed through these techniques can be considered as laminated materials. Therefore, identifying the elastic and mechanical properties of these materials is essential for its correct use and application. This characterization of properties is usually carried out under standards that involve varied experimental tests in a repetitive way for each one of the constants to be identified. New forms of identification have appeared to reduce the number of tests in the elastic characterization of laminated composites. In these, numerical techniques of inverse solution and of measurement of heterogeneous fields of deformation are considered, as well as the natural characteristics of the material. The inverse procedure only requires one experiment (on the plane) to characterize composites of carbon fibers or glass (among others). For this, methodologies based on optimization techniques and direct solutions on reverse mathematics are used. Different experimental tests are also used as measurement techniques. Previous research has identified a set of difficulties to be solved, corresponding to deviations in the inferred parameters, implementation in composites manufactured with additive manufacturing, effects of the surface finish on the inference, efficiency of the method according to the degree of orthotropy of the material, types of optical configurations based on standardized geometries, limitations associated with the type of reverse solution implemented, among others. The aim of this doctoral thesis is to improve the process of elastic identification with inverse methods using a single experimental test of laminated composites to reduce the existing gaps in the implementation of this methodology. For this, an algorithm based on gradient optimization methods is designed and developed in order to minimize the adjustment of the deformation fields of a numerical finite element model with respect to a reference obtained by non-contact measurement in an experimental test. The evaluation of the algorithm developed for elastic characterization is performed with 22 open-hole geometry specimens; additive manufacturing of continuous carbon fiber and thermoplastic matrix, in symmetrical and balanced stacks with different orthotropic grades, is used in the manufacturing of the coupons. The experimental process is carried out in a quasi-static tensile test, where the deformation fields are captured with digital image correlation (DIC) equipment in an appropriate configuration and with proper preparation of the specimen surfaces

Guanosine, Guanosine-based hydrogels, Guanosine and derivatives, Boric acid derivatives, Nucleoside, Nucleoside-based hydrogels, 3D printing, Printable hydrogels, and Ciències de la salut

The field of tissue engineering relies on the use of biomaterials as scaffolds for tissue and organ regeneration. If properly designed, these scaffolds can mimic the in vivo microenvironment while also providing initial mechanical support, allowing cells and active molecules to enter and spread within the scaffold. In recent years, hydrogels have gained increasing interest as biomaterials for a wide range of applications, including drug delivery and tissue engineering, as they can possess great biocompatibility, biodegradability and manufacturing stability.

Silica, Hybrids, 3D Printing, Bone regeneration, Sol-gel, Inks, Silica-gelatin, Tissue engineering, Gelatin, and Ciencias de la salud

The bone is a very complex organ that participates in multiple critical functions for the human body. Bone can be affected by different health issues, such as physical trauma or tumor, and the body cannot regenerate large bone defects by itself. Nowadays, grafting is the main therapy, which is the replacement of missing bone with a graft. However, the use of grafts has some drawbacks, such as a limited availability, tissue rejection, donor site morbidity and infection. For this reason, Tissue Engineering has focused on the development of synthetic grafts in the form of scaffolds which are three dimensional porous structures that provide a 3D environment for the adhesion, proliferation, and differentiation of cells to produce new bone.

Electroreducció, Impressió 3D, Automatització, electroreducción, Impressión 3D, Automatización, electroreduction, 3D printing, Automation, and Ciències

Des de la primera revolució industrial, els humans hem emès enormes quantitats de CO2 a l'atmosfera. Aquest CO2 fa que les temperatures mundials augmentin, amb conseqüències catastròfiques per al medi ambient. Una de les solucions és deixar d’emetre CO2 mitjançant l’ús d’energies renovables. Tanmateix, fins i tot només retallar les emissions de CO2 no serà suficient, per tant és necessària l’eliminació de CO2 de l’atmosfera. Ja hi ha tecnologies d’eliminació de CO2 ben desenvolupades, però encara són necessàries per millorar les tecnologies que transformen aquest CO2 en productes valuosos perquè aquesta tecnologia sigui competitiva. El CO2 transformat es pot utilitzar com a transportador d’energia per alimentar una pila de combustible i generar un cicle d’emissions zero de CO2. Finalment, tots aquests experiments es poden automatitzar per obtenir millors dades.

Impressió 3D, Impresión 3D, 3D printing, Húmer proximal, Húmero proximal, Proximal humerous, Cirurgia ortopèdica i traumatologia, Cirugía ortopédica y traumatología, Orthopaedic surgery, and Ciències de la Salut

Els sistemes de classificació de les fractures d’húmer proximal han demostrat de manera reiterada una baixa concordança interobservador. Aquests sistemes són importants per estandarditzar el procés diagnòstic i facilitar la comunicació i les decisions terapèutiques. També ens permeten predir i comparar els resultats en funció del tractament realitzat (maneig quirúrgic o ortopèdic) i per a compartir-lo amb la comunitat medico-científica. Les raons d’aquest nivell baix de concordança interobservador són diverses: la tècnica d’imatge utilitzada, l’experiència de l’observador, els tipus de classificacions, etc. La interpretació de les imatges mèdiques en dues dimensions ha suposat durant molts anys (i encara és al dia d’avui), el punt de partida en el procés diagnòstic i de tractament de les patologies de l’aparell locomotor. La seva correcta interpretació està condicionada per la capacitat d’abstracció de la imatge de cadascú. La impressió 3D està revolucionant, no només el sector industrial, sinó també el món de la medicina. Davant de les múltiples aplicacions clíniques de la impressió 3D, els models anatòmics 3D es postulen principalment com una eina docent i diagnòstica en cirurgia ortopèdica i traumatologia. Com que es tracta d’una tecnologia relativament nova, en la literatura encara es troben poques evidències científiques dels seus beneficis. Davant de l’emergent impacte de la impressió 3D en cirurgia ortopèdica i traumatologia, i atès a que la concordança interobservador en la classificació de les fractures d’húmer proximal segueix sent un problema sense resoldre, en aquest treball es pretenen aportar evidències de com influeix l’ús de models anatòmics impresos en 3D de fractures d’húmer proximal a l’hora de la seva classificació. Tanmateix, es proposa un nou tipus de classificació quantitativa basada en el 3D, que podria millorar el problema existent en la classificació de fractures d’húmer proximal.

Impressió 3D, electrohidrodinàmica, electrofilat de camp proper, Impresión 3D, electrohilado de campo cerca, 3D printing, electrohydrodynamics, near-field electrospinning, and Enginyeria i arquitectura

Les tecnologies de fabricació additiva (FA) per deposició capa-a-capa de material expel·lit des d’un broquet aporten una versatilitat excepcional, però estan limitades en termes de velocitat d’impressió i resolució. L’emissió electrohidrodinàmica (EHD) de dolls permet generar dolls líquids submicromètrics que poden assolir velocitats per damunt de 1 m/s. Malgrat això, tals dolls no es poden dipositar amb precisió submicromètrica damunt substrats mòbils, fins i tot emprant platines motoritzades d’alta gama, les quals no superen els ~30 m/s^2. Aquí demostrem una nova forma d’imprimir en la que la trajectòria del doll EHD s’ajusta contínuament assolint acceleracions laterals de fins a 10^6 m/s^2 mitjançant el control de voltatges en elèctrodes situats al voltant del doll. Mitjançant tècniques de visualització a alta velocitat, hem fet una anàlisi paramètrica sobre com els paràmetres d’aquests senyals i les configuracions del muntatge influeixen en la deflexió del doll. Hem desenvolupat software propi per generar els senyals de deflexió del doll per a imprimir figures 2D, així com objectes 3D amb elements submicromètrics. Tals objectes 3D han estat impresos per superposició de nanofibres a freqüències capa-a-capa de fins 2000 Hz. Les altes velocitats del doll i freqüències capa-a-capa assolides es tradueixen en velocitats de impressió de fins 0.5 m/s en horitzontal i 0.4 mm/s en vertical, que corresponen a entre tres i quatre ordres de magnitud més de pressa del que són capaces les altres tècniques de FA comparables en resolució. També hem emprat la deflexió electrostàtica de dolls per a desenvolupar un mètode nou per a la determinació de la velocitat de dolls EHD. A diferència dels mètodes previs, que es basen en analitzar la fibra impresa emprant microscòpia d’alta resolució, el nostre mètode es basa en el reconeixement d’imatge de les impressions de patrons preestablerts, permetent el seguiment in situ de la velocitat del doll. Finalment, en un estudi sobre impressió de dolls EHD lents de polímers fosos damunt substrats mòbils, demostrem que l’ajust del recorregut de la impressió per a cada capa dipositada permet expandir enormement la varietat d’estructures imprimibles i així manipular les seves propietats mecàniques.

Guies quirúrgiques, Guías quirúrgicas, Surgical guides, Personalitzat, Personalizado, Personalized, Impressió 3d, Impresión 3d, 3d printing, and Ciències de la Salut

L'ús de les guies personalitzades en 3D ha estat descrit prèviament per al seu ús en artroplàstia total de genoll, fractures complexes, cirurgia de columna o tumors. Tant la cirurgia tumoral de pelvis com la cirurgia cervical és complexa a causa de la complexitat geomètrica de la localització i la proximitat d'estructures vitals. En el cas dels tumors pèlvics, la importància d'aconseguir marges lliures de tumor però preservant la major reserva òssia possible per a una futura reconstrucció afegeixen dificultat a l'hora de la cirurgia. En la cirurgia de columna cervical, donada la proximitat al cordó medul·lar i grans vasos, la correcta col·locació dels cargols cobra especial importància Objectius: Avaluar l'eficàcia i seguretat de guies personalitzades en 3D per tumors pelvians en model cadavèric. També s'avaluarà l'eficàcia i seguretat de les guies personalitzades 3D per a la col·locació de cargols pediculars cervicals des C2 a C7 en model cadavèric. Mètodes: s'han dissenyat dos estudis amb models cadavèriques. En el primer es dissenyaran guies 3D per guiar la serra a l'hora de realitzar osteotomies pèlviques, simulant els tumors pelvians més comuns. El segon estudi es realitzarà amb 5 models, dissenyant unes guies personalitzades per guiar la broca i col·locar cargols pediculars des C2 a C7. Es realitzarà un TC tant abans de la cirurgia (per dissenyar les guies) com després per avaluar l'eficàcia de les osteotomies i la correcta col·locació dels cargols pediculars

Anthropomorphism, Benchmarking, Grasping, Indexes, Prosthetic hand, 3D printing, and Enginyeria, indústria i construcció

The objective of this thesis is to contribute to the definition of applicable methods during the design process of artificial hands in order to obtain more anthropomorphic and functional designs, as well as to define metrics and protocols that help evaluate these aspects. The proposed methods are focused on the mechanical design of any anthropomorphic hand, both in the prosthetic and robotic fields, although in this thesis greater emphasis has been placed on hands designed for 3D printing, given its growing popularity and accessibility and its potential impact on society. Most of the developments and proposals made are based on biomechanical aspects obtained from the analysis of the human hand. In this thesis, the evaluation of the degree of anthropomorphism of artificial hands has been approached from three complementary perspectives: experimentation, definition of analytical indexes and simulation by means of models.

Stent, Bioabsrobable, Bioabsorbible, Additive manufacturing, Fabricació additiva, Fabricación aditiva, 3D printing, Impressió 3D, Impresión 3D, Polymers, Polímers, and Polímeros

The main motivation of this work was to analyse the feasibility of the current stent’s manufacturing process to produce the new bioresorbable stents (BRS) as well as study new manufacturing methods. Fibre Laser Cutting (FLC) has been selected because is the current manufacturing process for stents, and 3D-Printing (3DP) because its capability to process different types of materials for medical applications and their economic aspects. Stents have been selected for being one of the most implanted biomedical device in the world. The thesis focuses on improve the bioresorbable stent’s manufacturing processes, establishing relationships between the process parameters and the key stent aspects, namely, precision, mechanical properties, and medical properties, and reduce the costs derived of the manufacturing process

Continuous flow chemistry, Supported Ionic Liquids, Multicatalytic processes, Telescoped reactions, 3D printing, C-C coupling reactions, and Ciències naturals, químiques, físiques i matemàtiques

This Doctoral Thesis is framed in the area of Sustainable Chemistry and more specifically in the field of continuous flow chemistry. The main objective has been the design and development of new continuous multicatalytic systems based on the use of supported ionic liquids, materials with very interesting catalytic properties. This objective has been applied to C-C bond forming reactions such as cyanosilylation, Strecker reaction or Negishi cross-couplings; whose products mean key synthetic intermediates in several processes in organic synthesis, specially in Fine and Pharmaceutical Chemistry. Telescopic processes and divergent syntheses have been succesfully achieved under continuous flow conditions. In addition, the novel additive manufacturing 3D printing technology has been introduced for the potential obtaining of continuous flow catalytic reactors.

Polímer d'ABS, Polimero de ABS, ABS polymer, Respectuós amb el medi ambient, Respectuosos con el medio ambiente, Enviromentally friendly, Impressió 3D, Impresión 3D, 3d Printing, and Ciències Experimentals

La presente Tesis Doctoral se ha enmarcado dentro de un proyecto de investigación y desarrollo industrial de la empresa Elix Polymers centrado en la obtención de nuevos materiales plásticos tipo ABS que o bien den respuesta a retos de prestaciones técnicas mejoradas, o bien sean más sostenibles con el medio ambiente. En concreto, el trabajo descrito en la memoria se ha centrado en lo que se refiere a responder a retos técnicos a mejorar la aplicabilidad del ABS en piezas exteriores así como su posible utilización en tecnología de impresión 3D; en relación con el reto de mejorar la sostenibilidad ambiental, se ha conseguido la generación de biocomposites con fibra de madera manteniendo las especificaciones técnicas necesarias. La Tesis está organizada en tres partes bien diferenciadas: - En la primera de ellas, se obtuvieron una serie de materiales basados en ABS, donde se introdujo la innovación de incorporar pequeños porcentajes de acrilato de n-butilo en el injertado sobre las partículas de polibutadieno. A continuación, se estudió la influencia de este nuevo injertado en las propiedades de las piezas finales obtenidas a partir de material de ABS desarrollado, observándose como una pequeña pérdida de resistencia al impacto es compensada con un aumento de la rigidez y sobre todo por una mayor resistencia a la intemperie, consiguiéndose por lo tanto el objetivo de aumentar la aplicabilidad del ABS en aplicaciones exteriores. - En la segunda parte, se afrontó el reto de conseguir un material tipo ABS con menos impacto medioambiental sin perder por ello características técnicas y de aplicabilidad. Más concretamente, se consiguió desarrollar un biocomposite de ABS incorporando un 19% de fibras de madera, consiguiéndose una buena dispersión de éstas gracias a la utilización de un copolímero de estireno y anhídrido maleico como compatibilizador. - En la tercera parte, se ha abordado el reto de primero estudiar cuales son las problemáticas que actualmente limitan la aplicabilidad del ABS en técnicas de impresión 3D, para a continuación conseguir desarrollar nuevas variantes de ABS modificados aptos para dicha impresión 3D. En concreto, se han conseguido tres hitos importantes: i) disminuir el problema del alabeo en las piezas finales, mediantes la introducción de porcentajes de fibra de carbono en el ABS; ii) conseguir un material impreso con una cierta conducitividad, para aplicaciones donde este aspecto es importante, mediante la introducción de un 3% de nanotubos de carbono en el ABS; y iii) reducir la huella de carbono y la emisión de compuestos volátiles del material de ABS utilizado, mediante la incorporación de un 24% de ácido poliláctico.

Prosthesis, Trachea, Antibacterial, Personalization, 3D printing, Drug delivery, Paclitaxel, Nanoparticles, and Ciències naturals, químiques, físiques i matemàtiques

Els stents són tubs expansibles fets de diferents materials que s'utilitzen per obrir conductes que han estat obstruïts. Específicament, en el camp dels stents traqueals, existeix una necessitat de millora per evitar els problemes post-implantació, tals com la colonització bacteriana, la formació de teixit de granulació, la migració del dispositiu i el dolor agut. La colonització bacteriana per microorganismes potencialment patògens (PPM, sigles en anglès) redueix la qualitat de vida dels pacients, indueix infecció o fins i tot sèpsia, i pot conduir a la mort del pacient si no es prenen les mesures adequades. A més, la re-estenosis de les cicatrius postinflamatòries, així com el creixement del teixit inflamatori de granulació, poden ser complicacions potencialment mortals. No obstant això, ambdues complicacions podrien resoldre's activant farmacològicament els stents mitjançant fàrmacs antiproliferatius. Per evitar aquesta problemàtica, és raonable proposar l'ús local de fàrmacs antiproliferatius, com per exemple el paclitaxel (PCTXL), que redueix la recurrència de la estenosis mitjançant un alliberament controlat, donant com resultat la cicatrització del teixit i la reducció del temps d'implantació del stent. Així mateix, els stents traqueals sofreixen d'una mala adaptabilitat a l'àrea d'implantació. Aquesta falta d'ajust condueix a la migració del stent al llarg de la tràquea, causant dolor crític i greus problemes en zones delicades com les cordes vocals. A més, aquesta migració o desplaçament del stent provoca la formació de teixit de granulació en els extrems, a causa de l'estrès mecànic i el fregament. No obstant això, tots dos problemes, la migració i la formació de teixit de granulació, es poden evitar redissenyant el stent, mitjançant tecnologia d'impressió 3D per augmentar l'adaptabilitat creant un dispositiu completament anatòmic. Aquestes complicacions fan que els metges i els pacients sol·licitin una nova generació de stents amb diferents propietats que permetin el tractament de diverses patologies, com la re-estenosis, i que evitin problemes associats, com la infecció, la migració i el sagnat. Aquest treball desenvolupa una tecnologia innovadora de recobriments, utilitzant tractaments per plasma per crear un recobriment antibacterià. Els materials resultants han estat capaços de reduir la colonització bacteriana i evitar la formació de biofilm. Els tractaments de superfície s'han adaptat per crear superfícies micro- i nanoestructurades, utilitzant plata com a agent antibacterià. El recobriment de plata metàl·lica desenvolupat, va mostrar un comportament hidrofòbic i una activitat antibacteriana contra soques Gram-positives i Gram-negatives. A més, es va utilitzar una modificació d'aquest recobriment en combinació amb una plataforma d'alliberament controlat de fàrmacs mitjançant nanopartícules, per encapsular paclitaxel i permetre l'alliberament controlat des de la superfície del material. Les nanopartícules de polièster-PEG es van fabricar utilitzant un polímer sintètic amb amines terminals i va presentar propietats d'encapsulació de paclitaxel i un alliberament controlat del mateix. Així, el sistema d'alliberament de fàrmac desenvolupat va ser eficaç contra diferents tipus de cèl·lules com les cèl·lules estenòtiques extretes del pacient. Per tant, i amb la finalitat de proporcionar una solució a la baixa adaptabilitat que provoca la migració del stent i el teixit de granulació, aquest treball presenta com a solució l'ús de les tecnologies de fabricació additives per obtenir un dispositiu anatòmic personalitzat i millorar així l'adaptabilitat. Aquesta tesi ha desenvolupat un protocol com a prova de concepte, per crear objectes anatòmics, utilitzant la informació dels pacients i la tecnologia de fabricació d'additiva. Com a resultat, el stent de silicona anatòmic es va fabricar amb èxit mitjançant diferents tecnologies de fabricació additives, i es van proporcionar propietats antibacterianes mitjançant els recobriments desenvolupats prèviament.

Arquitectura contemporánea, Tecnologías CAD-CAM, Fabricación aditiva, Impresión 3D, Geometrías complejas, Construcción automatizada, Construcción robótica, Contemporary architecture, CAD-CAM technologies, Additive manufacturing, 3D printing, Complex geometries, Automated construction, Robotic construction, and Àrees temàtiques de la UPC::Arquitectura

Como lo hicieron el PC e Internet en materia de información y comunicación, la Fabricación Aditiva (FA) está revolucionando los procesos de diseño y fabricación, abriendo un nuevo paradigma de producción que genera cambios e innovaciones relevantes en muchos ámbitos. Su impacto actual en otros sectores sugiere que la FA tiene igual potencial para transformar los procesos productivos de la arquitectura y de la construcción. Por ello, la autora se pregunta qué tipo de cambios puede generar y si ello supondrá un cambio de paradigma productivo igualmente disruptivo en estos dos campos. Para responder a ambas cuestiones, la presente tesis ofrece una valoración crítica del potencial de la FA aplicada a la arquitectura, analizando su impacto sobre los procesos de diseño y construcción. La primera parte incluye un estudio transversal de varios sectores de actividad, que permite constatar cómo esta tecnología está generando transformaciones radicales, con implicaciones globales de carácter social, económico y ambiental. En la segunda parte, se analiza la adaptación de la FA a los condicionantes propios de la arquitectura. Para ello, se presentan las iniciativas pioneras en su aplicación a gran escala y los proyectos dirigidos por la autora en el marco académico, que investigan qué procesos son necesarios para implementar esta tecnología desde y hacia el proyecto arquitectónico. Estos trabajos de investigación y experimentación multidisciplinar combinan la búsqueda de nuevos materiales, la creación de herramientas a medida y la programación de códigos de diseño específicos. Por último, se ofrece una síntesis de los resultados que sirve de base para valorar los avances recientes en la aplicación de la FA en la arquitectura, a escala mundial. En conjunto, la tesis demuestra que la investigación en este campo está en plena ebullición y que las aplicaciones de la FA van a generar cambios muy importantes, que suponen el inicio de un nuevo paradigma para el diseño arquitectónico y la construcción.

Històries de vida, Discapacitat visual, Educació artística, Prototipatge ràpid, Ceguesa, Impressió tridimensional, Life history, Visual impairment, Art education, Rapid prototyping, Blindness, 3D printing, Historias de vida, Discapacidad visual, Educación artística, Prototipado rápido, Ceguera, and Impresión tridimensional

The construction of this thesis is developed from different conceptual interlacing axis that created a networking weave through which the field of investigation was debated and defined and a project of collaborative citizenship with the goal of providing an improvement in the social environment from which the visual impairment through art was built. Firstly, we speak about the context in which, in a dialogic way, the identity of Ph. D. Rosa Gratacós Masanella has grown and developed. With the help of the narrative research and the life story methods we make an approach to the life time experience of the main character of our investigation, in order to understand her social, political and educational context, how it relates to her personal life, her work as a professor and her artistic career, and how all these different perspectives have points in common. We also approach those people who met our protagonist, those who were her referents or were important in the evolution of her identity. We point Ph. D. Rosa Gratacós pioneer investigation in the field of visual impairment and we finally explain the multisensory project of The Senses Labyrinth, a project that was born from the idea of universal accessibility from the perspective of blind people. Sensory education, game and art become the source of teaching and learning for the researcher and they are applied together to art education and artistic perception from blindness, through service and learning methodologies