{"id":4081,"date":"2022-09-28T14:35:17","date_gmt":"2022-09-28T12:35:17","guid":{"rendered":"https:\/\/fusioncat.es\/?p=4081"},"modified":"2022-10-05T15:11:09","modified_gmt":"2022-10-05T13:11:09","slug":"iqs3","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fusioncat.es\/es\/noticias\/iqs3\/","title":{"rendered":"[Tech] T\u00e9cnicas de impresi\u00f3n 3D para la fabricaci\u00f3n de sensores de hidr\u00f3geno"},"content":{"rendered":"

En art\u00edculos de FusionCAT anteriores de esta serie, Contribuci\u00f3n del Laboratorio de M\u00e9todos Electrom\u00e9tricos de IQS al proyecto FusionCAT: Sensores de hidr\u00f3geno<\/a>, se plantearon soluciones para la cuantificaci\u00f3n de is\u00f3topos de hidr\u00f3geno mediante cer\u00e1micas t\u00e9cnicas del tipo perovskita, como BaCe0.6<\/sub>Zr0.3<\/sub>Y0.1<\/sub>O3-\u03b1<\/sub>. Los sensores propuestos est\u00e1n basados en geometr\u00edas en forma de tubo cerrado por un extremo.<\/p>\n

Esta geometr\u00eda destaca por tener una mayor \u00e1rea superficial y, por lo tanto, una mejor respuesta. Por lo tanto, una vez se dispone del material cer\u00e1mico, se necesitan m\u00e9todos de fabricaci\u00f3n que nos permitan obtener los elementos con estas geometr\u00edas en lotes de producci\u00f3n peque\u00f1os. Existen tecnolog\u00edas tradicionales que permiten realizar estos procesos, como slip casting<\/em>. El principal problema que presenta esta tecnolog\u00eda es que el proceso de fabricaci\u00f3n acostumbra a ser manual y poco reproducible. Otros sistemas tradicionales pueden ser el conformado por presi\u00f3n isost\u00e1tica en fr\u00edo (CIP), pero este sistema tiene la necesidad de mecanizar posteriormente la pieza, implicando un gasto adicional de polvo y un riesgo de que la pieza no soporte el proceso de mecanizado.<\/p>\n

IQS propone conformar estas cer\u00e1micas con t\u00e9cnicas de impresi\u00f3n 3D. Estas tecnolog\u00edas, a diferencia de los sistemas tradicionales, permiten la fabricaci\u00f3n de piezas mediante un sistema mucho m\u00e1s reproducible. Existen m\u00faltiples tecnolog\u00edas de impresi\u00f3n 3D que permiten la fabricaci\u00f3n aditiva de piezas cer\u00e1micas, pese a que las m\u00e1s utilizadas son la inyecci\u00f3n de aglutinante, el sinterizado selectivo por l\u00e1ser, la estereolitograf\u00eda y la extrusi\u00f3n de pastas cer\u00e1micas. Desde IQS se escogieron las tecnolog\u00edas de estereolitograf\u00eda y extrusi\u00f3n 3D debido a sus caracter\u00edsticas.<\/p>\n

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Estereolitograf\u00eda<\/u><\/strong><\/h3>\n

La estereolitograf\u00eda es una tecnolog\u00eda que permite la fabricaci\u00f3n mediante la polimerizaci\u00f3n con luz UV de resinas fotosensibles con la cer\u00e1mica dispersa capa a capa. Por lo tanto, la resoluci\u00f3n de las piezas viene determinada por la resoluci\u00f3n de la proyecci\u00f3n.<\/p>\n

\"Figura

Figura 1.<\/strong> Representaci\u00f3n esquem\u00e1tica de un sistema de impresi\u00f3n 3D de estereolitograf\u00eda<\/p><\/div>\n

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Ventajas:<\/u><\/strong><\/p>\n

+\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Piezas con muy buena resoluci\u00f3n y alta fidelidad al modelo inicial<\/p>\n

+\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Permite imprimir varias piezas al mismo tiempo<\/td>\n<\/tr>\n

\u00a0<\/u><\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Inconvenientes:<\/u><\/strong><\/p>\n

–\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Alto contenido en materia org\u00e1nica: Dificultad para densificar<\/p>\n

–\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Precio de los equipos de fabricaci\u00f3n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

\u00a0<\/u><\/strong><\/p>\n

Extrusi\u00f3n de pastas cer\u00e1micas<\/u><\/strong><\/h3>\n

La tecnolog\u00eda de extrusi\u00f3n de pasta cer\u00e1mica permite la fabricaci\u00f3n a partir de una pasta viscosa de componentes org\u00e1nicos, como aglutinantes, mezclados con el polvo cer\u00e1mico.<\/p>\n

\"Figura

Figura 2.<\/strong> Representaci\u00f3n esquem\u00e1tica de un sistema de impresi\u00f3n 3D de extrusi\u00f3n de pasta cer\u00e1mica<\/p><\/div>\n

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Ventajas:<\/u><\/strong><\/p>\n

+\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Tecnolog\u00eda muy extensa y, por lo tanto, de coste reducido<\/p>\n

+\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Necesita poca cantidad de polvo cer\u00e1mico para funcionar<\/td>\n<\/tr>\n

\u00a0<\/u><\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Inconvenientes:<\/u><\/strong><\/p>\n

–\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Resoluci\u00f3n intermedia debido a la visibilidad de las capas<\/p>\n

–\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Alto contenido en materia org\u00e1nica: Dificultad para densificar<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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Desde IQS, se han testado dos tecnolog\u00edas tradicionales: slip casting<\/em> y prensado isost\u00e1tico en fr\u00edo (CIP), con la colaboraci\u00f3n de Nanoker S.L., y dos t\u00e9cnicas de impresi\u00f3n 3D: estereolitograf\u00eda, con la colaboraci\u00f3n de Lithoz GmbH, y extrusi\u00f3n de pastas cer\u00e1micas.<\/p>\n

Con respecto a las t\u00e9cnicas tradicionales, el resultado de slip casting ha mostrado muchos problemas de reproducibilidad y problemas para obtener la geometr\u00eda deseada. Estas piezas no han mostrado las propiedades adecuadas como para poder usarlas en la construcci\u00f3n de sensores. Por el contrario, CIP s\u00ed que ha permitido obtener la geometr\u00eda de inter\u00e9s pese a que el grosor de pared de las piezas es muy elevado debido a la incapacidad del material de soportar el esfuerzo durante el mecanizado.<\/p>\n

Los resultados obtenidos mediante las tecnolog\u00edas de impresi\u00f3n 3D han estado significativamente mejores. Las piezas fabricadas mediante estereolitograf\u00eda han mostrado gran reproducibilidad y grosores de pared muy finos. En cambio, las piezas obtenidas por extrusi\u00f3n han presentado algunas limitaciones: primeramente, el cierre de la pieza se ha tenido que realizar en forma el\u00edptica, ya que el filamento es demasiado fino como para poder cerrar en forma esf\u00e9rica. En segundo lugar, no se han podido realizar piezas demasiado altas porque colapsan durante el proceso de fabricaci\u00f3n. Finalmente, debido a que el di\u00e1metro del filamento extruido es de 1 mm, la uni\u00f3n entre capas es visible. Pese a estos inconvenientes, una vez el m\u00e9todo de fabricaci\u00f3n se puso a punto, las piezas obtenidas mostraron buena reproducibilidad entre ellas. A continuaci\u00f3n, se muestran im\u00e1genes de los resultados obtenidos con cada una de estas t\u00e9cnicas:<\/p>\n

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\"Figura

Figura 3.<\/strong> Piezas fabricadas mediante (de izquierda a derecha): slip casting, CIP, estereolitograf\u00eda i extrusi\u00f3n 3D<\/p><\/div>\n

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Los primeros sensores se han construido con las piezas fabricadas por impresi\u00f3n 3D (estereolitograf\u00eda y extrusi\u00f3n 3D) y se ha iniciado la campa\u00f1a experimental. Las medidas se est\u00e1n realizando en el interior de reactores de alta temperatura (hasta 600 \u00b0C) en atm\u00f3sferas de hidr\u00f3geno diluido en arg\u00f3n para determinar sus propiedades anal\u00edticas. A continuaci\u00f3n, se muestra una curva de calibraci\u00f3n obtenida para el sensor construido con extrusi\u00f3n 3D:<\/p>\n

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Figura 4.<\/strong> Curva de calibraci\u00f3n obtenida con el sensor fabricado con extrusi\u00f3n 3D<\/p><\/div>\n

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Como puede observarse en la Figura 4, el sensor ha mostrado un buen comportamiento anal\u00edtico en cuanto a pendiente (sensibilidad) y rango lineal. Como se observa, la sensibilidad se ha determinado en m\u00e1s de 20 \u00b5A\/ppm y el rango lineal entre 10 y 50 ppm. Si se comparan estos resultados con sensores fabricados con geometr\u00edas simples, como discos, la sensibilidad ha pasado de 1.2 a 20.6 \u00b5A\/ppm (17 veces superior) y el rango de trabajo se ha logrado reducir de 60 – 200 ppm hasta 10 – 60 ppm (entre 4 y 6 veces inferior).<\/p>\n

Simult\u00e1neamente, se ha comenzado la preparaci\u00f3n de sensores mediante las piezas obtenidas con CIP para verificar si el grosor de pared tiene un efecto negativo sobre la respuesta de los sensores.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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