Las espumas de poliuretano son ampliamente utilizadas en la fabricación de automóviles debido a la protección y el confort que proporcionan. Asientos, reposacabezas, reposabrazos y una amplia variedad de elementos dentro de los vehículos están cubiertos por este material versátil.
Precisamente, el Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación de la Universidad de Córdoba ha ideado una nueva forma de producir estas espumas empleando un proceso de impresión en tres dimensiones, una técnica en la que el equipo de investigación lleva trabajando varios años.
Tradicionalmente, para la fabricación de este material se emplean moldes metálicos en los que la espuma de poliuretano adquiere la forma deseada. No obstante, tal y como explica uno de los autores de la investigación, Pablo Romero Carrillo, estos moldes presentan un hándicap importante: requieren un elevado tiempo y un alto coste de fabricación, por lo que sólo suelen amortizarse en tiradas largas y procesos de producción en cadena.
Para solventar este problema, el equipo de investigación PRINIA ha conseguido reproducir estos moldes utilizando un procedimiento de 'modelado por deposición de filamento fundido', una de las técnicas más conocidas de impresión en tres dimensiones y que abarata y acelera los tiempos de producción. El trabajo, publicado en la revista científica de la Academia Internacional de Ingeniería de Producción, ha contado con la colaboración de los investigadores José Arribas, Óscar Rodríguez y Guillermo Guerrero, del Departamento de Mecánica de la Universidad de Córdoba, y Ramón González, del Centro Tecnológico Metalmecánico y del Transporte (CETEMET).
Uno de los principales inconvenientes de este nuevo proceso, explica Pablo Romero, es que la espuma de poliuretano se fija con mucha facilidad a la superficie del molde en el que ésta adquiere la forma. "A veces, esto puede suponer que el recipiente quede inhabilitado para futuros usos o que se tenga que emplear demasiado tiempo en limpiarlo", subraya el investigador. "Las superficies de los moldes impresos en 3D mediante deposición de filamento fundido presentan una alta rugosidad, lo que favorece el anclaje de la espuma".
Con el objetivo de superar este inconveniente, el grupo ha comprarado dos materiales muy utilizados en impresión 3D, como son el acrilonitrilo butadieno estireno y el poliestireno de alto impacto. Ambos materiales pueden ser pulidos químicamente, lo que permite conseguir un mejor acabado en los moldes impresos en 3D. "Había trabajos previos en la literatura que avisaban de que la rugosidad superficial del molde debía ser lo más pequeña posible para conseguir un buen desmoldeo de la espuma", indica el Profesor Romero. Por otro lado, se ha estudiado experimentalmente cuál de los dos materiales tiene una menor afinidad química con la espuma de poliuretano. "Los resultados indican que el poliestireno es menos afín a la espuma que el acrililonitrilo y, por tanto, es el más adecuado para imprimir este tipo de útiles", continua el investigador. Además, se ha comprobado que utilizando moldes fabricados en poliestireno se puede reducir el uso de desmoldeantes, "lo que significa que el proceso de fabricación es más sostenible desde el punto de vista medioambiental".
Aplicaciones
Este nuevo sistema, explican desde el grupo de investigación, podría ser una solución especialmente útil para la fabricación de pequeñas tiradas de piezas, en las que la utilización de moldes tradicionales de metal no sería rentable desde un punto de vista económico. Un ejemplo de ello sería la elaboración de prototipos o asientos especiales, series limitadas, elementos para vehículos de alta gama o pequeños lotes personalizados. La nueva base logística del Ejército de Tierra que se instalará en Córdoba, destaca el autor principal de la investigación, podría ser una oportunidad para el desarrollo de esta nueva técnica debido a las necesidades especiales de fabricación que tienen algunos de los automóviles militares.
Referencias
Pablo E.Romero, José Arribas-Barrios, Oscar Rodríguez-Alabanda, Ramón González-Merino, Guillermo Guerrero-Vaca. Manufacture of polyurethane foam parts for automotive industry using FDM 3D printed molds. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. Volume 32, January 2021, Pages 396-404. https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2021.01.019