articles+ search results

Cellular Solids, Fused Filament Fabrication, Mechanical Properties, Sandwich Structures, Ultem, Additive Manufacturing, Lightweight Materials, and Enginyeria, indústria i construcció

El canvi climàtic amenaçador i la problemàtica manca de recursos s’han fet cada vegada més evidents en els darrers anys. Per a contrarestar aquest desafiament, enginyers i científics de tot el món lluiten per a aportar alternatives més eficients i respectuoses amb el medi ambient, especialment en les activitats industrials responsables de nivells significatius de contaminació, com els sectors del transport automobilístic, aeronàutic, aeroespacial i marítim. Millores en aquests i altres camps del present i del futur de l’enginyeria impliquen optimitzar les estructures per tal d’aconseguir components amb el rendiment desitjat, mentre es fa un ús més eficient i sostenible de les matèries primeres. Per aquest propòsit, les configuracions híbrides, com les estructures tipus sandvitx, són solucions altament competitives que la indústria ja ha adoptat i consolidat durant les darreres dècades. En aquest sentit, l’elecció de la configuració adequada és crucial per a assolir el rendiment desitjat d’un panell sandvitx. En particular, el material i la morfologia del nucli juguen un paper fonamental en el comportament de l’estructura. Per tant, la seva selecció esdevé una decisió estratègica. La irrupció de les tecnologies de Fabricació Additiva (AM) que ha tingut lloc durant els darrers anys ha revolucionat molts sectors industrials, impactant directament en els processos de fabricació i el disseny de components. Aprofitant els seus infinits avantatges per a fabricar geometries de gran complexitat en comparació amb els processos de fabricació tradicionals, aquesta tesi doctoral té com a objectiu contribuir al disseny d’estructures híbrides tipus sandvitx més eficients, utilitzant nuclis cel·lulars lleugers construïts per Fabricació per Filament Fos (FFF). Per a fer-ho, aquesta investigació s’ha desenvolupat abordant tres nivells d’estudi per a analitzar el rendiment del material, el disseny cel·lular i l’estructura híbrida de sandvitx consolidada. Els resultats presentats en les diferents contribucions científiques derivades d’aquest treball s’han validat analíticament, numèricament i experimentalment, i mostren el potencial dels patrons bidimensionals i tridimensionals considerats per a la fabricació d’estructures de sandvitx totalment funcionals, fent un millor ús dels materials. A més, els models numèrics i les equacions analítiques proporcionades, així com el programari lliure publicat per a la generació de dissenys cel·lulars, seran d’utilitat per a la realització de nous estudis en el camp de l’optimització de l’eficiència estructural. Finalment, aquesta tesi ha posat de manifest algunes àrees d’evolució en la tecnologia FFF, com ara la presència d’imprecisions en les juntes de filament intra-capa i inter-capa en la fabricació de dissenys cel·lulars bidimensionals de parets primes, i les limitacions actuals en la reducció del gruix mínim d’aquestes parets. No obstant això, amb els progressos i els avenços en curs en el camp, aviat s’abordaran aquests inconvenients, portant a resultats encara més impressionants en un futur pròxim.

Càncer de mama triple negatiu, Cáncer de mama triple negativo, Triple negative breast cancer, TNBC, Càncer de pulmó de cèl·lules no petites, Cáncer de pulmón de células no pequeñas, Non-small cell lung cancer, NSCLC, Receptor del factor de creixement epidèrmic mutat, Receptor del factor de crecimiento epidérmico mutado, Epidermal growth factor receptor mutated, EGFRm, Sintasa d'àcids grassos, Sintasa de ácidos grasos, Cultiu cel·lular 3D, Cultivo celular 3D, 3D cell culture, Àcid polilàctic, Ácido poliláctico, Polylactic acid, Policaprolactona, Polycaprolactone, Fabricació additiva, Fabricación aditiva, and Additive manufacturing

Although there are therapies for triple negative breast cancer (TNBC) and epidermal growth factor-mutated non-small cell lung cancer (EGFRm NSCLC), these two subtypes of cancer are very aggressive, and most patients develop resistance to treatment. Cancer stem cells (CSCs) are a small population that is part of the tumor and are responsible for its initiation, recurrence, progression, and metastasis because they can resist anti-cancer therapies. Hence, the removal of CSCs could be an effective treatment for TNBC and EGFRm NSCLC. Unfortunately, there are no available therapies for this malignant population. Furthermore, the study of CSCs in the laboratory is limited because of their low representation within tumors and the impossibility of studying them with traditional cell culture in two dimensions (2D). Consequently, several three-dimensional (3D) cell culture systems have been developed to allow the research of this subpopulation, such as polymeric structures manufactured by fused filament fabrication (FFF) and electrospinning (ES). Therefore, the first objective of this thesis was to evaluate polylactic acid (PLA) as a material for scaffold fabrication. The 3D supports manufactured by FFF and ES were tested as 3D cell culture systems for expanding breast CSCs (BCSCs) using a TNBC cell model. Although the 3D-cultured cells adhered and grew satisfactorily, especially in the PLA-ES scaffolds, none of the 3D PLA structures showed significant BCSC enrichment

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

Tecnologia aditiva, Impressió 3D, Impulsor de bomba, Additive manufacturing, 3D printing, Pump impeller, and Enginyeria i arquitectura

Les tècniques de fabricació d'Impressió 3D en Metall, també anomenada Fabricació Additiva (AM), es troben a la seva gènesi des d'un punt de vista d'aplicació industrial i divulgació massiva. Estan renovant el panorama de les tecnologies de producció disponibles fins a l'actualitat i així són/seran, a nivell industrial, una alternativa al procés de compra de materials (negociació de preus), fabricació de peces obsoletes (ja no comercialitzades) o noves i emmagatzematge/custòdia de recanvis tècnics per a la Indústria. L'objectiu d'aquest estudi se centra en l'aplicació de la fabricació additiva en metall per a impulsors de bombes a la indústria química, però també vàlid per a molts altres tipus d'indústria. L'abast del Projecte inclou la construcció de 2 impulsors metàl·lics de bomba, segons les estratègies 1 i 2 indicades a continuació: Estratègia 1: Fabricació AM tipus BJ (Binder Jetting) i posada en funcionament en una bomba centrífuga en una planta de Poliol/Poliglicol de Dow Chemical Ibérica SL, 30-octubre-2020, 6 mesos. Estratègia 2: Fabricació AM tipus SLM (Selective Laser Melting) i posada en funcionament en una bomba de buit a una planta d'hidrocarburs de Dow Chemical Ibérica SL, 16-juny-2022, 4 mesos. El desenvolupament del present treball es va basar en els passos següents: disseny/escaneig, fabricació, muntatge en bomba i posada en servei. Tot seguit es va procedir a l'anàlisi dels resultats una vegada posada en funcionament la bomba a planta. I, finalment, fer una comparació -en condicions normals de funcionament- amb el mateix servei anterior i amb el mateix tipus d'impulsor metàl·lic però fabricat de manera convencional. Aquest treball va demostrar que la implementació de tecnologies AM en metall per a processos químics és una solució útil per a fabricar recanvis que podrien ser difícils de replicar amb altres tecnologies convencionals i, a més, brinda/demostra potencials beneficis econòmics.

Additive manufacturing, 3d printing, Material extrusion, Thermoplastic elastomers, Mechanical characterization, and Biomedical applications

Tesi amb menció internacional

Polímers avançats, Polímeros avanzados, Advanced polymers, Materials auto-reparables, Materiales auto-reparables, Self-healing materials, Manufactura aditiva, Additive manufacturing, and Ciències Experimentals

Els polímers avançats, més enllà de posseir un rol crític al nostre dia a dia, són responsables de donar forma a les potencials innovacions i descobriments del futur. Els darrers tres anys de treball, resumits en aquesta tesi, han estat dirigits a incrementar el coneixement sobre diferents polímers avançats i les seves tecnologies d’aplicació, amb els objectius d’expandir les fronteres del coneixement humà, així com apropar aquests descobriments a la seva possible aplicació industrial i així generar un impacte real en la nostra vida diària. Aquesta tesi ha estat dividida en sis capítols, englobant primer, una descripció general dels polímers, la seva classificació, els mecanismes de reacció típics en la química de polímers, les principals diferències respecte del seu comportament tèrmic i una exemplificació de la versatilitat dels polímers mitjançant una introducció als poliuretans. Addicionalment, en aquest capítol s’explica el concepte de polímers avançats amb un èmfasi especial en els polímers auto-reparables i en la fabricació additiva com a tecnologia transversal per a l’aplicació de polímers. En darrer lloc, s’ofereix una petita revisió sobre perquè aquests polímers i tecnologies representen una eina capital per a futures aplicacions tecnològiques i les seves necessitats actuals. Al segon capítol es resumeixen i presenten els objectius de la tesi. El tercer capítol està dedicat al desenvolupament d’un innovador sistema d’auto-reparació capaç de treballar a temperatures molt baixes destinat a camps d’alta exigència, com per exemple aplicacions aeronàutiques, aeroespacials, automobilístiques o eòliques. La investigació principal es resumeix en una revista científica publicada sota el DOI: 10.1016/j.compositesa.2021.106335 i un factor d’impacte de 7.664. Es va estudiar la selecció dels agents de reparació, la seva proporció, el catalitzador òptim, la síntesi de les microcàpsules, la dispersió de tot el sistema en resines epoxi comercials i, finalment, l’eficiència global d’auto-reparació. Al quart capítol es detalla l’estudi de la relació estructura-propietats dins de la síntesi de polímers híbrids de poliuretà-acrilat (PUA). Encara que l’objectiu final i d’aquests polímers és el seu ús com a nou material tou per a aplicacions d’impressió 3D al camp de la salut, la biblioteca generada té el potencial de fer-se servir en qualsevol camp on es pugui aplicar PUA. L’estudi sobre la síntesi i caracterització de polímers s’ha publicat en una revista revisada per parells amb el títol “Síntesi d’híbrids d’acrilat de poliuretà curable per UV amb duresa ajustable i propietats viscoelàstiques sota demanda”, DOI: 10.1039/D2MA00228K. A més, el seu ús com a material d’impressió 3D versàtil també s’ha demostrat al projecte QuirofAM cofinançat per ACCIÓ i la Unió Europea a través del Fons Europeu de Desenvolupament Regional (FEDER) amb la subvenció COMRDI16-1-0011-03. Al cinquè capítol es presenta un resum dels avenços més destacats generats en una plataforma de bioimpressió 3D d’última generació. El focus principal de la plataforma desenvolupada és troba dirigit cap a la fabricació en grans quantitats de models cel·lulars. Els desenvolupaments detallats es van produir durant una estada de 6 mesos en una empresa australiana (Inventia Life Sciences) durant el transcurs del programa de doctorat. Finalment, al sisè capítol, es presenten les conclusions del treball realitzat en aquesta tesi per brindar una visualització dels avenços generals i de l’impacte generat a través de la present investigació.

Materiales compuestos, Fibra carbono, Sistema producción, Manufactura aditiva, Arquitectura, Estructuras, Composite materials, Additive manufacturing, Architecture, and Arquitectura y técnica

El presente trabajo de investigación plantea un nuevo método de fabricación de elementos Arquitectónicos, usando materiales compuestos de matriz polimérica reforzada con fibra larga y mediante métodos de fabricación aditiva (AM). Se ha realizado un estudio del arte exhaustivo con el objetivo de exponer los actuales sistemas de producción de componentes de material compuesto, sistemas de fabricación con FRP en manufactura aditiva y la aplicación de APC (Advanced Polymer Composites) en Arquitectura. Ha podido extraerse una valoración de las aplicaciones existentes, localizar un nicho de mercado y determinar posibilidades de actuación para el uso de esta nueva tecnología, denominada Freeform Pull- Braiding (FPB). En la actualidad del Sector AEC (Architecture, Engineering and Construction) ya se usan FRP (Fiber Reinforced Polymers) para la realización de estructuras y refuerzos por sus sobresalientes propiedades mecánicas, en comparación con otros materiales y sistemas constructivos presentes actualmente en el sector. Pese a todo, su penetración en el mercado es reducida debido a los altos costes asociados a los materiales, su manipulación y sobretodo, el coste de sus métodos de producción. Del caso particular, se han realizado una serie de prototipos a nivel de laboratorio para desarrollar el sistema de producción y validar la tecnología a modo de prueba de concepto (Proof of Concept). El sistema de producción propuesto ha demostrado que es capaz de realizar elementos de fibra trenzada de forma libre, con características similares a otros procesos de producción clásicos, y que incorporan mayor versatilidad y libertad de perfiles con costes muy similares.

Fabricació additiva, Fabricación aditiva, Additive manufacturing, Ceràmic, Cerámico, Ceramic, Cel·les d'òxid sòlid, Pilas de óxido sólido, Solid oxide cells, and Tecnologies

En les darreres dècades, les tecnologies de fabricació additiva han aconseguit una àmplia difusió, evolucionant des dels primers prototips fins a una extensa distribució comercial. Els materials ceràmics són ben coneguts per la seva alta rigidesa, fragilitat i tenacitat, que dificulten la consecució de formes complexes i fa extremadament costosa la seva mecanització (gran consum d’eines o motlles per a ús individual). La fabricació additiva pot reduir el cost de fabricació i obrir nous dissenys, amb llibertat de forma pràcticament total, no realitzables amb tècniques de fabricació tradicional. El primer pas de la recerca en aquest camp és l’aplicació de la fabricació additiva al camp dels materials funcionals, on els requisits de propietats estructurals, microestructurals, òptiques i elèctriques són superiors als de les aplicacions comercials. En particular, l’oportunitat de dissenys complexos és interessant per a aplicacions en les quals l’àrea activa juga un paper important en el rendiment final, com en catàlisi o en dispositius electroquímics. En aquests casos, sovint cal més d’un material ceràmic. Per aquest motiu hi ha un gran interès en la realització una impressió 3D de múltiples materials, que permetria la producció d’aquests dispositius amb passos de fabricació reduïts i, en conseqüència, reduint el cost. Aquesta tesi es centra en la impressió de dispositius de geometries complexes per provar els avantatges exclusius de la fabricació additiva, tant en el camp de la catàlisi com en l’aplicació de piles de combustible i electrolitzadors. Per a això, el treball aborda el desenvolupament de suports imprimibles i la hibridació de dues tecnologies d’impressió diferents per produir tot el dispositiu en un sol pas: estereolitografia i robocasting. La estereolitografia (SLA) es caracteritza per oferir estructures d’alta densitat (> 90%) amb gran resolució espacial, de l’ordre de 25 micres en les tres direccions. S’han produït electròlits per cel·les d’òxid sòlid (SOC) en zircònia estabilitzada amb ítria a el 3% i a l’8% molar. Es produïren piles de botó incorporant materials estàndard d’elèctrode per caracteritzar el rendiment electroquímic. Després d’haver demostrat que la tecnologia SLA produeix electròlits adequats amb propietats comparables a les produïdes per la fabricació tradicional, s’ha mesurat un increment de rendiment, coherent amb l’increment d’àrea activa, realitzat mitjançant la corrugació de l’electròlit. Seguidament, es va explorar en aquesta tesi la possibilitat d’implementar opcions multimaterials, necessàries per imprimir un dispositiu comercial basat en la tecnologia SOCs. Utilitzant SLA com a tecnologia base, es va agregar a la màquina un sistema de robocasting, aconseguint una impressora 3D de cinc materials. Les pastes necessàries per a la impressió per robocasting s’han desenvolupat íntegrament en el marc d’aquesta tesi a partir de pols ceràmics i components orgànics en proporcions adequades, avaluant el seu reologia i capacitat de curat. D’aquesta manera, es van produir materials de càtode, ànode i interconnector. La hibridació de SLA amb robocasting va se assolida satisfactòriament, demostrant la possibilitat d’imprimir piles de capes dels diferents components. El sinteritzat conjunt d’aquests sistemes va ser dut a terme, afrontant les dificultats de la calcinació conjunta de capes composades per diferents materials . Les primeres cel·les obtingudes mitjançant aquest procediment van ser testejades. Tot i que encara serà necessària una optimització per a millorar els rendiments, aquestes cel·les son la demostració de la possibilitat de fabricar dispositius SOC mitjançant impressió 3D multimaterial. Finalment, fent servir la tècnica de SLA es van produir plaques de microcanals, utilitzades com a llit per a la reacció de metanització de CO2, demostrant la seva eficàcia enfront de la tecnologia tradicional basada en acer inoxidable en termes de conversió de CO2. També es va fabricar per primera vegada un reactor d’intercanvi de calor amb col·lectors integrats mitjançant impressió 3D.

Cèl·lules d'electròlisi d'òxid sòlid, Celdas de electrólisis de óxido sólido, Solid oxide electrolysis cells, Mesoporoso, Mesoporous, Fabricación aditiva, Additive manufacturing, and Ciències Experimentals

Actualment, la transició energètica cap a un escenari baix en carboni està impulsant la instal·lació global de fonts d’energia renovables, el seu desplegament per sobre de l’40%, implicarà l’ús de sistemes eficients d’emmagatzematge d’energia per cobrir la demanda. Les rutes d’hidrogen verd i power to gas es presenten com la millor alternativa per a aquest emmagatzematge al connectar les xarxes elèctriques i de gas. En aquest marc, les cel·les d’electròlisi d’òxid sòlid (SOEC), que produeixen hidrogen i gas de síntesi (H2 + CO) a partir de l’electròlisi de l’aigua o la co-electròlisi de l’aigua i el diòxid de carboni, són els electrolitzadors més eficients per a l’emmagatzematge d’energia. Les SOEC posseeixen altes taxes de conversió d’energia (≈80%) atorgades pel rang de temperatura d’operació (600-900 °C). No obstant, un dels principals inconvenients de les SOEC està relacionat amb les tècniques de fabricació, que impliquen molts passos per produir dispositius complets. A més, les seves prestacions i durabilitat encara s’estan investigant per augmentar la maduresa de la tecnologia i penetrar en el mercat competint amb altres tecnologies d’electròlisi que mostren menors eficiències. La present tesi està dedicada a l’exploració de nous conceptes de SOEC. Per a això, es consideren tres aspectes, que són: i) utilització de tècniques de fabricació additiva per a la fabricació replicable, automàtica i customitzable de dispositius energètics; ii) síntesi de nanocompostos mesoporosos en l’elèctrode d’oxigen per millorar el rendiment general i la durabilitat del dispositiu SOEC; i finalment iii) la producció de gas de síntesi per co-electròlisi i oxidació parcial de metà (POM) amb els dispositius desenvolupats. Robocasting (RC) i InkJet printing (IJP) s’han utilitzat per a la fabricació de cel·les simètriques impreses per tecnologia híbrides d’impressió 3D, que van ser co-sinteritzades a altes temperatures i provades electroquímicament. S’ha demostrat la viabilitat d’aquestes dues tècniques combinades per a la fabricació de dispositius ceràmics. S’ha sintetitzat ceria dopada mesoporosa (CGO) utilitzada com a suport per a elèctrodes d’oxigen nanocompostos. Per a això es proposa una ruta optimitzada per millorar l’activitat catalítica dels elèctrodes de base mesoporosa i per reduir la temperatura de sinterització mantenint la seva nanoestructura, i l’estudi dels seus efectes sobre el material. La millora del rendiment dels dispositius SOEC aplicant les rutes de síntesi i fabricació desenvolupades es demostra pels excel·lents resultats aconseguits, sense precedents per a aquest tipus de SOEC. El rendiment de dispositius complets amb elèctrodes d’oxigen mesoporosos es va provar a altes temperatures. El suport nanoestructurat optimitzat ha estat provat en una cel·la de botó (diàmetre = 2 cm) mostrant excel·lents rendiments observats en condicions de co-electròlisi i pila de combustible. També es va dipositar CGO mesoporós en cel·les d’àrea gran (25 cm2) per demostrar l’escalabilitat del material, per a dispositius d’interès comercial. Com a resum, el document presentat tracta de l’optimització de dispositius electroquímics innovadors d’alta eficiència com les SOEC, donant un nou pas més enllà de l’estat de l’art en les tecnologies de producció d’hidrogen a causa de la combinació de rutes de fabricació innovadores com la fabricació additiva de materials ceràmics amb funcionalitats avançades com els mesoporosos.

Fabricació additiva, Fabricación aditiva, Additive manufacturing, Nanocomposites, Nanocompuestos, Conductivitat elèctrica, Conductividad eléctrica, Electrical conductivity, and Ciències Experimentals

La tesi se centra en l’ús de nanocomposites conductors elèctricament en la fabricació d’additius. En aquest escenari, dos tipus de nanocomposites estan preparats per utilitzar-los com a matèria primera per a la impressió de nanocomposites conductors elèctricament amb dos tipus diferents de matrius; (1) un polímer termoplàstic i (2) una resina termoestable. Els nanotubs de carboni es van utilitzar com a partícules conductores elèctriques de nanoestructura. Aquestes nanoestructures formen xarxes complexes en una matriu de polímer de manera que el material de la matriu es transforma d’un material aïllant en un material conductor elèctricament. La policaprolactona és un polímer semicristal·lí i es considera material matricial adequat entre la classe de polímers termoplàstics, ja que ofereix unes excel·lents característiques reològiques, de flux i elàstiques. Les cadenes es van imprimir mitjançant una extrusora bio i es va mesurar la conductivitat elèctrica en aquestes cadenes amb l’efecte de la deformació uniaxial. La microstructura canvia sota l’efecte de la deformació uniaxial, provocant una alteració de l’orientació de nanotubs de carboni a la matriu de policaprolactona. Com a conseqüència de la reordenació de nanotubs, les vies conductores es desorganitzen o s’organitzen que poden augmentar o disminuir la conductivitat elèctrica en els nanocomposites. Les radiacions del sincrotró s’utilitzen per sondar aquests canvis en la microestructura. Es van preparar diferents composicions mitjançant nanotubs de carboni i es van estudiar les mostres impreses en termes de conductivitat elèctrica i microestructura mitjançant radiacions de sincrotró. A partir de l’anàlisi, es proposa un model que pugui predir la conductivitat elèctrica sota l’efecte de la deformació uniaxial. En termes de polímers termoestables, s’introdueix un sistema senzill per a la impressió de nanocomposites basats en polímers termoset. En un dels capítols es proporciona un detall complet del sistema d’impressió i de la tinta nanocomposita. Es va preparar tinta de nanocomposites basada en epoxi per contenir nanotubs de carboni com a partícules de farciment amb una petita porció de polímer termoplàstic, policaprolactona. Les mostres impreses estan subjectes al biaix extern que indiquen que són conductores elèctricament. Es van preparar diferents composicions utilitzant resina glicidil bisfenol-A epoxi, trietilenetetramina, policaprolactona, nanotubs de carboni i es destaquen els problemes per obtenir una qualitat d’impressió adequada. Les mostres impreses es van estudiar en termes de conductivitat elèctrica estudiant la conductivitat elèctrica de corrent altern i directe. El sistema material s’explora quant al nivell de reticulació, l’estructura i la morfologia i el comportament tèrmic. Es presenta un model per als nanocomposites mitjançant dades d’impedància obtingudes mitjançant l’espectroscòpia dielèctrica de banda ampla. La impressora s’utilitzarà en un futur per imprimir dispositius funcionals a petita escala, inclosos dispositius d’emmagatzematge d’energia, p. bateries d’estat sòlid, supercondensadors i plaques d’elèctrodes per a aquest tipus de dispositius.

Additive manufacturing, Fused filament fabrication, Timberfill, Mechanical behavior, Wood-PLA, Finite element model (FEM), and Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria mecànica

This research is based upon the additive manufacturing (AM) technology which aims to study the mechanical properties of innovative commercial wood-PLA composite material (Timberfill) and characterize its behavior. Specifically fatigue, tensile, and flexural tests are performed and the results are evaluated to conclude this issue. To manufacture the experimental samples one of the most common techniques named fused filament fabrication (FFF) is applied, consequently the influence of manufacturing parameters on the mechanical properties have been considered. For this reason some of the most influential printing parameters in different levels are selected and have been combined together to manufacture the samples in a wide range of building conditions. To avoid manufacturing a large number of specimens, a design of experiments (DoE) through Taguchi orthogonal arrays is designed and the influence of the factors have been analyzed performing an analysis of variance (ANOVA). As a conclusion the optimal combination of the parameters and levels have been obtained for each one of the applied mechanical tests and higher values of responses have been derived from these set of parameters. Since the above mentioned material is composite of wood fibers with PLA, all of the obtained results are compared to the pure PLA to find the effectiveness of this composition. In the other side tensile and flexural tests have been applied on solid Timberfill specimens manufactured through injection molding to investigate the differences between this technology and additive manufacturing. These investigations resulted that mechanical resistances of the printed samples were lower than injected ones which the solidity percentage could be main reason of this effect. Additionally the flexural strength of the material have been simulated and compare to the experimental results. The achieved deformation behavior curves validate the experimental test and that would be one of the main conclusions of this research.

Nanomaterial synthesis, Pulsed lasers, Carbon quantum dots, Nonlinear effects, Fluorescent labels, Additive manufacturing, and Ciències naturals, químiques, físiques i matemàtiques

The work developed in this thesis is based on the study of systems for the generation of nanoparticles in liquids by means of pulsed lasers, improving their production and using the generated nanoparticles in applications of great technological relevance such as biomedical imaging or additive manufacturing. For the femtosecond laser production improvement, the novel implementation of a spatio temporal focusing system is proposed which, by varying the temporal pulse duration out-of-focus, suppresses nonlinear effects in the liquid medium and the associated energy losses. For the colloidal size reduction by fragmentation, a continuous flow system is proposed that allows to increase the control over the irradiation parameters while ensuring homogeneous irradiation. Finally, the carbon quantum dots generated are used as fluorescent markers and different metal and oxide nanoparticles are synthesized for their later application as bactericides and in the improvement of materials used in additive manufacturing.

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

Electrònica orgànica, Eectrónica orgánica, Organic electronics, Electrònica impresa, Electronica impresa, Printed electronics, Fabricació additiva, Fabricación aditiva, Additive manufacturing, and Tecnologies

Over the last decades, Organic Electronics has been emerging as a multidisciplinary and innovative way to generate electronic devices and systems. It is intended to provide a platform for low-cost, large-area, and low-frequency Printable Electronics on a variety of substrates, including flexible plastic substrates. Just as the first information revolution caused by integrated silicon circuits, PE is expected to cause another revolution characterized by the distribution of information systems in all aspects of life. Although the integrated circuits, based on Organic Thin Film Transistors (OTFT), are not meant to compete with the silicon-based high-end industry, their performance have already reached to a level enabling the use of organic technology to an ever-increasing number of emerging applications, such as flexible optical displays, sensors, and low-end microelectronics. Currently, most of the digital integrated circuits are yet designed by specifying the layout of each individual transistor and their interconnections. Full-custom design is extremely labor-intensive, time consuming for complex circuits and it requires advanced computer software in the design process, and several expensive mask sets in the fabrication process. Besides, taking the soft and hard faults at transistor level into account, the yield at system level is expected to be very low, since failure of one transistor causes the entire circuit to fail. This is more important for technologies based in non-crystalline materials (such as silicon) in which deposition and layer formation is more irregular. On the other side, organic electronics is more complex than Printed Circuit Boards (PCB) in the sense that these do not include active devices and do not reach high integration level. Furthermore, similar to any new-born technology, the performance of organic electronic circuits is degraded due to some limitations in technological and materials sides. That being said, the question arises as to whether circuit design techniques can be employed to compensate these bottlenecks so as to meet yield and performance requirements. The work presented in this thesis contributes to overcome the above-mentioned issues by proposing the novel concept of Inkjet-configurable Gate Array (IGA) as a designmanufacturing method for the direct mapping of digital functions on top of new prefabricated structures. IGA brings together the advantages of semi-custom gate array methodology, field-configurability, and fault-tolerance, and adopt it to Application Specific Printed Electronic Circuit (ASPEC), which is the equivalent term to Application Specific Integrated Circuit (ASIC), but for PE. This alternative has two main advantages. Firstly, it allows implementing individual circuit personalization at a very low cost through the best use of additive mask-less digital printing techniques (e.g. Inkjet, Superfine Jet, and etc.) "in the field", thus avoiding the need for One Time Programmable ROM-like (or E2PROM) devices. Secondly, fault tolerance technique allows the adoption of a failure map to use only working transistors for circuit implementation, thus, it helps to obtain high yield circuits out of mid-yield foils.

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.

Tactil sensing, Gripper, Grasp contact, Hardness, Pick and Place, Accelerometer, Robot, Firmness, Mango, Eggplant, Postharvest handling, Non-destructive measurements, Quality assessment, Additive manufacturing, Food handling, and INGENIERIA DE SISTEMAS Y AUTOMATICA