Compresión axial de tubos auxéticos fabricados mediante impresión 3D de poliamida reforzada con fibra corta de carbono
- 1 Departamento de Mecánica y Producción Industrial, Mondragon Unibertsitatea, Mondragón 20500, España
ISSN: 2531-0739
Year of publication: 2022
Type: Conference paper
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Abstract
Los materiales compuestos son estratégicos para muchos sectores (aeronáutica, automoción, deporte…) en los que la ligereza es crítica [1]. A la elevada rigidez y resistencia específica, se le suma su gran capacidad para absorber energía de impacto [2]. Para obtener una buena protección ante impactos, a las buenas propiedades inherentes a los materiales compuestos hay que sumarles diseños disruptivos que permitan disipar la mayor cantidad de energía posible con deceleraciones controladas [3]. Los metamateriales con propiedades mecánicas mejoradas, más concretamente los auxéticos celulares, son unos candidatos prometedores [4-6]. Su coeficiente de Poisson negativo permite combinar la ligereza inherente a su estructura celular con la capacidad para disipar energía asociada a la densificación durante la compresión [7]. El desarrollo de nuevas herramientas de diseño, como la optimización topológica [8], y las tecnologías de fabricación aditiva para polímeros [9] han impulsado el desarrollo de las estructuras auxéticas celulares [10-14]. En la mayoría de casos se han fabricado estructuras en forma de viga o de bloques con geometrías quirales [10-11] o re-entrantes [12-13], es decir estructuras 2D que se extruyen para obtener la pieza. De la comparación directa de ambas geometrías auxéticas, la re-entrante es más eficiente que la quiral [14]. En lo que a los materiales se refiere, mayoritariamente se utilizan materiales flexibles con baja rigidez (0,2 – 2 GPa). El análisis crítico del estado del arte revela que todavía no se ha combinado la estructura auxética con piezas tubulares. Esto es un campo interesante a explorar, ya que han demostrado ser eficientes a la hora de disipar grandes cantidades de energía y generar bajas deceleraciones [15]. Las tecnologías de fabricación convencionales para estructuras tubulares (pultrusión [16], enrollamiento filamentario [17], RTM [18]…) presentan limitaciones geométricas que no permiten combinar las buenas propiedades intrínsecas de los materiales compuestos con geometrías de gran complejidad para obtener mejores prestaciones de disipación de energía.