Gallardo Artal, Daniel
Albajez García, José Antonio (dir.) ; Yagüe Fabra, José Antonio (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2024
Resumen: En los últimos años, la metrología industrial ha experimentado un cambio drástico como resultado del desarrollo de nuevas tecnologías de medición, basadas en los avances en computación y digitalización de piezas. La tomografía computarizada de rayos X (XCT) se encuentra entre los avances más importantes. Esta técnica, anteriormente usada en el ámbito médico, ha sido adaptada para la evaluación metrológica de piezas y ensamblajes de forma no destructiva, ya que es también capaz de evaluar elementos internos, cavidades e incluso porosidades, incluyendo macro y micro geometrías. Sin embargo, la trazabilidad de sus mediciones sigue siendo compleja, debido al alto número de factores para tener en cuenta; por ello, la normativa que la regula sigue en desarrollo.
La XCT ha supuesto un avance significativo; se han incrementado los requisitos de calidad de los productos, ya que es posible generar geometrías más complejas. En este aspecto, la fabricación aditiva (AM) es la principal responsable. Esta tecnología permite la fabricación de estas innovadoras geometrías complejas con un ahorro considerable en material y tiempo. La mejora no sólo se limita a las formas, puesto que se pueden emplear un gran número de materiales (principalmente polímero y metal, pero también cerámica y composites). En conclusión, XCT y AM están estrechamente relacionadas dada su versatilidad.
En esta tesis, el objetivo principal es desarrollar una metodología de medición para el análisis de la precisión de la XCT en piezas de AM polimérica, mediante mediciones experimentales en piezas de test específicamente diseñadas. Después de identificar las principales oportunidades de investigación, se han planeado estudios individuales en los que se ha generado un ciclo diseño-fabricación-evaluación adaptado a cada estudio. No obstante, el objetivo ha sido mantener unas directrices comunes para poder extrapolar los métodos y las tendencias identificadas en los resultados.
Cada experimento ha profundizado en el conocimiento sobre XCT para cada aspecto estudiado, produciendo avances significativos en caracterización de rugosidad superficial en diferentes tecnologías AM (capítulo 3), efecto de la atenuación en ensamblajes metal-polímero (capítulo 4), precisión en la medición de celosías poliméricas (capítulo 5) y de forma transversal, estimación de la incertidumbre en XCT para piezas de AM polimérica (capítulo 6). Como resultado, una serie de investigaciones futuras han sido planeadas, usando esta tesis como punto de partida.
Resumen (otro idioma): In recent years, industrial metrology has experienced a drastic change as a result of the development of newly and innovative technologies based on the computational advances in the digitalisation of parts and assemblies. X-ray computed tomography (XCT) is among the most important; this technique, commonly used for medical purposes, has been adapted in metrology for the non-destructive evaluation of parts and assemblies. It is capable of measuring internal features, hidden cavities or even porosity, being able to evaluate macro and micro geometries. However, traceability of XCT measurements remains challenging due to the high number of factors to consider, and standards which regulates it is still in development. XCT has supposed a significant advance; the quality control requirements of new designs have increased, due to the introduction of complex geometries. In this aspect, one of the main contributors is additive manufacturing (AM). This production technique allows the fabrication of these innovative complex features with a considerably save in material and time. The production improvement is not only limited to shapes, as a wide range of materials are available (mainly polymers and metals, but also ceramics and composites). In conclusion, these two technologies (XCT and AM) are strongly related due to their versatility in their field of application. In this thesis, the main objective is the development of an evaluation methodology for the analysis of the XCT precision in the evaluation of polymeric additively manufactured parts, through experimental measurements performed in ad hoc designed test objects. After the identification of case studies with most promising research opportunities, separate experiments have been planned. A design-manufacturing-evaluation cycle is generated, adapted for each individual study. Nevertheless, the objective has been to maintain general guidelines in the procedure to be able to extrapolate methods and possible tendencies identified in the results. Each experiment has provided deeper knowledge in its XCT field of actuation, producing advances in surface roughness characterization of different polymeric AM technologies, attenuation effect on metal-polymer assemblies, accuracy on the evaluation of polymeric lattice structures and transversally, XCT uncertainty estimation for polymeric AM objects. As a result, further investigation is programmed in all the fields mentioned, with this thesis as a starting point.
La XCT ha supuesto un avance significativo; se han incrementado los requisitos de calidad de los productos, ya que es posible generar geometrías más complejas. En este aspecto, la fabricación aditiva (AM) es la principal responsable. Esta tecnología permite la fabricación de estas innovadoras geometrías complejas con un ahorro considerable en material y tiempo. La mejora no sólo se limita a las formas, puesto que se pueden emplear un gran número de materiales (principalmente polímero y metal, pero también cerámica y composites). En conclusión, XCT y AM están estrechamente relacionadas dada su versatilidad.
En esta tesis, el objetivo principal es desarrollar una metodología de medición para el análisis de la precisión de la XCT en piezas de AM polimérica, mediante mediciones experimentales en piezas de test específicamente diseñadas. Después de identificar las principales oportunidades de investigación, se han planeado estudios individuales en los que se ha generado un ciclo diseño-fabricación-evaluación adaptado a cada estudio. No obstante, el objetivo ha sido mantener unas directrices comunes para poder extrapolar los métodos y las tendencias identificadas en los resultados.
Cada experimento ha profundizado en el conocimiento sobre XCT para cada aspecto estudiado, produciendo avances significativos en caracterización de rugosidad superficial en diferentes tecnologías AM (capítulo 3), efecto de la atenuación en ensamblajes metal-polímero (capítulo 4), precisión en la medición de celosías poliméricas (capítulo 5) y de forma transversal, estimación de la incertidumbre en XCT para piezas de AM polimérica (capítulo 6). Como resultado, una serie de investigaciones futuras han sido planeadas, usando esta tesis como punto de partida.
Resumen (otro idioma): In recent years, industrial metrology has experienced a drastic change as a result of the development of newly and innovative technologies based on the computational advances in the digitalisation of parts and assemblies. X-ray computed tomography (XCT) is among the most important; this technique, commonly used for medical purposes, has been adapted in metrology for the non-destructive evaluation of parts and assemblies. It is capable of measuring internal features, hidden cavities or even porosity, being able to evaluate macro and micro geometries. However, traceability of XCT measurements remains challenging due to the high number of factors to consider, and standards which regulates it is still in development. XCT has supposed a significant advance; the quality control requirements of new designs have increased, due to the introduction of complex geometries. In this aspect, one of the main contributors is additive manufacturing (AM). This production technique allows the fabrication of these innovative complex features with a considerably save in material and time. The production improvement is not only limited to shapes, as a wide range of materials are available (mainly polymers and metals, but also ceramics and composites). In conclusion, these two technologies (XCT and AM) are strongly related due to their versatility in their field of application. In this thesis, the main objective is the development of an evaluation methodology for the analysis of the XCT precision in the evaluation of polymeric additively manufactured parts, through experimental measurements performed in ad hoc designed test objects. After the identification of case studies with most promising research opportunities, separate experiments have been planned. A design-manufacturing-evaluation cycle is generated, adapted for each individual study. Nevertheless, the objective has been to maintain general guidelines in the procedure to be able to extrapolate methods and possible tendencies identified in the results. Each experiment has provided deeper knowledge in its XCT field of actuation, producing advances in surface roughness characterization of different polymeric AM technologies, attenuation effect on metal-polymer assemblies, accuracy on the evaluation of polymeric lattice structures and transversally, XCT uncertainty estimation for polymeric AM objects. As a result, further investigation is programmed in all the fields mentioned, with this thesis as a starting point.
Pal. clave: metrología
Titulación: Programa de Doctorado en Ingeniería de Diseño y Fabricación
Plan(es): Plan 511
Área de conocimiento: Ingeniería y Arquitectura
Nota: Presentado: 15 11 2024
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2024
Aportación del TFG/M a la Sostenibilidad: Desarrollar infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible, y fomentar la innovación.
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Registro creado el 2025-03-13, última modificación el 2025-03-13
