Propuesta de sistema de manufactura aditiva con compuestos poliméricos avanzados para aplicaciones arquitectónicas.

Abstract

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.

The present work proposes a new method for manufacturing architectural elements fabricated with long fiber reinforced polymeric composite materials, by the use of a novel approach in the additive manufacturing industry. A thorough state the art has been executed with the objective of exhibiting the current composite material component production systems, the techniques used in FRP additive manufacturing and the application of APC (Advanced Polymer Composites) in the Architecture sector. After an assessment of the existing applications and possible gaps, a market niche for the use of this new production technology has been located, code-named Freeform Pull-Braiding (FPB). FRP (Fiber Reinforced Polymers) materials have been already used by the AEC Sector (Architecture, Engineering and Construction) for structural applications due their outstanding mechanical properties in comparison to classic materials and construction systems. Despite this, its market penetration in construction is low as a result of its high price associated with the raw material, its complex handling and, the elevated operational costs of composite material component fabrication methods. In the experimental campaign of this research, a final proof of concept prototype has been developed based on a series of previous lab-scale prototypes and tests that validate the novel production technology. The new fabrication system has shown that it is capable of producing freeform tubular braided fiber elements with similar characteristics to the ones achieved in other classic fabrication processes, with the advantage of adding with very similar costs, greater versatility and profile freedom.