Análisis mecánico de piezas fabricadas con manufactura aditiva con refuerzo de fibra de carbono a diferentes concentraciones y ángulos de impresión, a partir del método arcan test con seguimiento de imagen en 2D

Abstract

Este proyecto de grado aborda un estudio crítico sobre el comportamiento mecánico de piezas fabricadas mediante manufactura aditiva, un campo innovador que, pese a sus avances en geometrías complejas, enfrenta desafíos significativos en la integridad estructural de materiales compuestos. La investigación se centra en piezas compuestas de filamentos híbridos con fibra de carbono y PLA, evaluando cómo las diferentes concentraciones de fibra y las direcciones de impresión afectan su respuesta mecánica bajo diversas condiciones de carga. El objetivo principal es evaluar el comportamiento mecánico de estos materiales, analizando los campos de esfuerzo y deformación para determinar su respuesta.

Para lograrlo, se emplea una metodología robusta que incluye el ensayo ARCAN, un método experimental ideal para evaluar materiales bajo estados complejos de esfuerzo mixto, como tensión axial y corte puro. Este ensayo se complementa con un sistema de correlación digital de imágenes bidimensional (DIC-2D), implementado en MATLAB. Esta técnica óptica no destructi va permite medir con alta precisión los desplazamientos y deformaciones en la superficie de las probetas. Las piezas se imprimen y prueban bajo orientaciones de carga de 0°, 45° y 90°, consi derando cuatro fracciones volumétricas de fibra de carbono (22%, 30%, 44% y 100%) con una configuración de relleno rectilíneo alineado.

Adicionalmente, se realizará un análisis de varianza (ANOVA) para identificar las combinaciones críticas de estas variables que optimicen el esfuerzo último del material, proporcionando una comprensión profunda de las interacciones. Las propiedades mecánicas obtenidas se validarán posteriormente en un modelo funcional de un chasis de dron, una aplicación de alta demanda estructural donde la relación resistencia-peso es esencial. Este trabajo busca generar guías de diseño más precisas para la manufactura aditiva de materiales compuestos, mejorando la durabilidad y funcionalidad en diversas aplicaciones industriales.