Refuerzo de resinas poliméricas con grafeno para impresión 3D por estereolitografía para aplicaciones biomédicas

Abstract

Este proyecto pretende analizar los efectos de la adición de nanomateriales base grafeno en las propiedades mecánicas de las matrices poliméricas con el objetivo de determinar si, mediante los métodos de dispersión utilizados, se puede obtener una mejora significativa en las propiedades del material impreso.

El grafeno se introducirá en la mezcla como grafeno, óxido de grafeno y nanoplaquetas de grafeno y se analizará con cuál de estos tres nanomateriales se obtienen los resultados más favorables mediante la realización de ensayos de dureza, tracción y análisis de estabilidad dimensional. Esto último se conseguirá mediante la utilización de un programa creado en Matlab de tratamiento de imágenes que comparará el modelo ideal de pieza que se espera obtener frente al obtenido realmente.

La tecnología de impresión a utilizar será la LCD, una técnica de impresión por polimerización (VAT) en la que una fuente de luz ultravioleta endurece de forma selectiva una resina fotocurable, en este caso, la resina a utilizar es PLA (ácido poliláctico) blanco fotocurable.

Un parámetro fundamental en lo relativo a impresión 3D es el tiempo de exposición de la resina a la luz ultravioleta. En este trabajo se analizará cómo afecta el tiempo de exposición a las propiedades mecánicas de las piezas obtenidas mediante impresión 3D, con el objetivo de intentar determinar de forma experimental cuál es el tiempo óptimo de exposición para las mezclas obtenidas tras incorporar grafeno y así comprobar si los resultados obtenidos coinciden con lo esperado en base a procedimientos teóricos realizados previamente a este proyecto.

Una de las principales conclusiones a las que se llega tras la realización del proyecto está relacionada con la correlación que se ha observado entre las propiedades mecánicas y la estabilidad dimensional de las piezas impresas.

A efectos del tiempo de exposición de la resina a la luz UV, que es uno de los parámetros principales que se han analizado, las tendencias no son tan claras, y es que como se ha podido observar, existe una gran variabilidad en los resultados obtenidos, por lo que sería conveniente la realización de más ensayos y el estudio de mejoras en el procedimiento de dispersión del grafeno en la resina polimérica.

This project aims to evaluate the effects of the addition of graphene-based nanomaterials on the mechanical properties of polymeric matrices in order to determine whether, by means of the dispersion methods used, a significant improvement in the properties of the printed material can be obtained.

Graphene will be added to the mixture as graphene, graphene oxide and graphene nanoplatelets and by carrying out hardness, tensile and dimensional stability analysis tests it will be determined with which of these three nanomaterials the most favourable results are obtained. The latter will be achieved through the use of an image processing programme created in Matlab that will compare the ideal model of the part that is expected to be obtained with the one that is actually obtained.

The printing technology to be used will be LCD, a polymerisation printing technique (VAT) in which an ultraviolet light source selectively hardens a light-curing resin, in this case, the resin to be used is white light-curing PLA (polylactic acid).

A fundamental parameter in 3D printing is the exposure time of the resin to ultraviolet light. In this work it will be analysed how the exposure time affects the mechanical properties of the parts obtained by 3D printing, with the aim of experimentally concluding what is the optimum exposure time for the mixtures obtained after incorporating graphene and thus, check whether the results obtained coincide with those expected on the basis of theoretical procedures carried out prior to this project.

One of the main conclusions reached after carrying out the project is related to the correlation observed between the mechanical properties and the dimensional stability of the printed parts.

In terms of the exposure time of the resin to UV light, which is one of the main parameters analysed, the trends are not that clear, and as it has been observed, there is great variability in the results obtained, so it would be advisable to carry out more tests and study improvements in the procedure for dispersing the graphene in the polymer resin.