Verificación geométrica de encapsulados microfluidicos fabricados por prototipado rápido mediante tomografía

Tobajas Alonso, Ángel
Santolaria Mazo, Jorge (dir.) ; Fernández, Luis J. (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2012
Departamento de Ingeniería de Diseño y Fabricación, Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación

Máster Universitario en Sistemas Mecánicos

Resumen: Las tecnologías de prototipado rápido juegan hoy en día un papel importante en el desarrollo de dispositivos microfluídicos para ensayos celulares en test biomédicos. Debido a sus características geométricas, la fabricación de estos dispositivos resulta extremadamente compleja mediante tecnologías de fabricación convencional sin incurrir en costes de desarrollo elevados para moldes de inyección dedicados. En la mayor parte de los casos, estos dispositivos se diseñan para pocos usos o son de uso único en casos clínicos específicos. Dada la precisión alcanzable hoy en día con alguna de las tecnologías de fabricación aditiva disponibles, es posible obtener piezas finales para esta aplicación. En general, las características de los materiales utilizados en prototipado rápido, generalmente resinas fotopolimeralizables, junto con las condiciones de temperatura a las que son sometidas durante los ensayos integradas en los sistemas microfluídicos, dan lugar a la aparición de problemas de funcionamiento asociados a la deformación sufrida por las piezas. Es por tanto necesario caracterizar la precisión geométrica alcanzable con estas tecnologías y su relación con las futuras condiciones de ensayo a las que se someterán. En este trabajo fin de máster se lleva a cabo la verificación dimensional de varios dispositivos de encapsulado microfluídico fabricados en una impresora 3D OBJET 350V, una de las mas precisas que existen actualmente en el mercado. Dicha verificación se realiza mediante tomografía computerizada y análisis metrológico de las nubes de puntos, desarrollando para ello una nueva técnica de corrección combinada de threshold y factor de escala que garantiza la precisión de las medidas obtenidas. Para ello, las fases planteadas en el trabajo son: a) Diseño y fabricación de encapsulados mediante prototipado rápido. Análisis de dimensiones críticas. b) Reproducción de condiciones de trabajo para obtención de piezas deformadas. Se fabrican 4 encapsulados para su posterior análisis en otras tantas condiciones del proceso: pieza recién fabricada, pieza sin montar sometida a condiciones de ensayo durante 24 horas, pieza con componentes de sellado montados y sin ensayar y piezas con componentes montados sometida a ensayo durante 24 horas. c) Diseño de patrones para tomografía. Se diseñan y fabrican dos artefactos patrón que reproducen geometrías nominales. Estas piezas deben ser del mismo material y geometría similar a las piezas a estudio, dado que deben comportarse en tomografía de manera equivalente. d) Calibración de artefactos patrón en MMC. Se obtendrán medidas nominales de ambos patrones. e) Tomografía conjunta de cada encapsulado con los patrones. Análisis de datos y reconstrucción. Definición de niveles de threshold en función del error cometido en la obtención de medidas del patrón. Obtención de factores de escala a aplicar a la pieza medida. Análisis de nubes de puntos y aplicación de ambas correcciones por pieza. f) Caracterización de la deformación en las zonas críticas de pieza en todos los casos y conclusiones de diseño en relación con los resultados de los ensayos en distintas condiciones. Las herramientas utilizadas en este TFM son: Impresora 3D de resina fotopolimeralizable OBJET EDEN 350V, Máquina de medir por coordenadas, Tomógrafo general electric, Geomagic Qualify, Matlab.

Palabra(s) clave (del autor): prototipado rápido ; tomografía ; fabricación aditiva ; digitalización ; nubes de puntos

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master