Entidad: Universidad Católica San Pablo

Tipo de Entidad: Universidad

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Arequipa

Provincia: Arequipa

Distrito: Arequipa

Áreas de conocimiento priorizada:

Ciencia y Tecnología de Materiales

Área de conocimiento OCDE:

Ingeniería y Tecnología

Sub área de conocimiento OCDE:

Ingeniería de los Materiales

Disciplina de conocimiento: OCDE:

Cerámicos

Sub sector:

Manufactura Avanzada

Sector:

Estratégico

Temática:

Otros lugar de ejecución del proyecto

Resumen

La manufactura aditiva está siendo considerada una tecnología revolucionaria para la obtención de piezas y componentes mecánicos con geometrías complejas y con alto nivel de precisión dimensional. La impresión 3D resulta del desarrollo de la manufactura aditiva y nace de la necesidad de contar con una herramienta versátil y económica de apoyo al modelamiento y prototipado en la ingeniería. Actualmente, muchos investigadores se vienen enfocando en ampliar el alcance de la impresión 3D, logrando construir y validar impresoras que usan otro tipo de materiales (cerámicos, metálicos y compuestos). Esta tecnología en desarrollo está siendo cada vez más usada en la síntesis de nuevos materiales de ingeniería. Por otro lado, el carburo de silicio (SiC) es uno de los materiales cerámicos de ingeniería que destaca por sus excelentes propiedades físico – mecánicas, como: alta dureza, excelente estabilidad dimensional y química en ambientes corrosivos y elevada resistencia a la fluencia a altas temperaturas. Esta iniciativa busca aprovechar los residuos de la industria maderera peruana para el diseño y fabricación de componentes mecánicos (consumibles para la industria) de SiC y SiC/Si con geometrías complejas y alta precisión dimensional, usando técnicas avanzadas de impresión 3D de polvo cerámico (carbón obtenido por calcinación en vacío de residuo de madera) e infiltración reactiva (de silicio metálico en preformas de carbón impresas en 3D).

Hipótesis

Es posible el aprovechamiento y revalorización de residuos de la industria maderera peruana para el diseño y fabricación de componentes mecánicos de SiC y SiC/Si con geometrías complejas y alta precisión dimensional usando técnicas avanzadas de impresión 3D de polvo cerámico e infiltración reactiva.

Los métodos tradicionales como el “Achenson” es un proceso poco amigable con el medio ambiente y con limitada sostenibilidad. Las políticas ambientales de los principales países industrializados están siendo cada vez más rigurosas, por lo cual, las empresas que proveen SiC al mercado, necesitan del conocimiento de métodos alternativos para su fabricación. Adicionalmente, la proyección del mercado mundial para el SiC (en sus diversas presentaciones) muestra que tendrá un crecimiento de hasta el 28% en los próximos 7 años.

El método Achenson también tiene varios problemas asociados, el primero es la alta refractariedad del polvo de SiC que dificulta la difusión atómica entre partículas y el requerimiento de altas temperaturas para conseguir sólidos densos (T> 2500 ºC). Por otro lado, si se quiere mecanizar SiC Bulk para conseguir piezas de geometría controlada, se requerirá  herramientas de corte, pulido y fresado adiamantadas, lo cual hace de este un proceso costoso.

El uso de la impresión 3D en la fabricación de piezas industriales de SiC y SiC/Si de relativa complejidad, resuelve varios problemas asociados al método convencional, como por ejemplo: elevadas temperaturas de sinterización de polvo de SiC, mecanizado complejo de SiC bulk para obtener piezas de geometría controlada, costo y tiempo empleado en el mecanizado, cantidad de piezas descartadas por fractura durante el mecanizado, limitaciones en la geometría final de las piezas y baja precisión dimensional.

Este proyecto se usará como precursor celulósico a los residuos provenientes de la industria maderera peruana, buscando su aprovechamiento y revalorización industrial.

Objetivo principal del Proyecto

Aprovechar y revalorar residuos de la industria maderera peruana para el diseño y fabricación de componentes mecánicos de SiC y SiC/Si con geometrías complejas y alta precisión dimensional usando técnicas avanzadas de impresión 3D de polvo cerámico e infiltración reactiva.

Objetivos Específicos del Proyecto

OE1. Selección, caracterización física y microestructural, y calcinación de residuos de la industria maderera peruana.

OE2. Diseño, fabricación y validación de una impresora 3D de polvo cerámico e inyección de aglomerante polimérico

OE3. Fabricación de piezas industriales de carburo de silicio con geometría compleja a partir de polvo de carbón y posterior infiltración con silicio metálico.

OE4. Evaluación física, mecánica, termo-mecánica, estructural y microestructural de los materiales fabricados.

OE5. Diseño y fabricación de cuñas permeables de SiC para un sistema de drenaje eficiente de veredas en épocas lluvia.

Investigador principal: Fredy Alberto Huamán Mamani

Co – investigadores

Manuel Eduardo Loaiza – Universidad Católica San Pablo

Nilton Cesar Anchayhua – Universidad Católica San Pablo

Joaquín Ramírez – Universidad de Sevilla

Yvan Jesus Tupac – Universidad Católica San Pablo

Waldemar Alegria – Universidad Nacional de la Amazonia Peruana

Denis Leonardo Mayta –  Universidad Católica San Pablo

Tesista No Identificado 1 – Universidad Católica San Pablo

Tesista No Identificado 2 – Universidad Católica San Pablo

Tesista No Identificado 3 – Universidad Católica San Pablo

Coordinador Administrativo: Aide Churo Samayani – Universidad Católica San Pablo

Investigadores a integrar el proyecto: Manuel Jiménez

Entidad Asociada: Universidad Nacional de la Amazonía Peruana – Universidad Licenciada

Entidad Asociada: Universidad de Sevilla – Universidad Extranjera

• Horno vertical de 1600 ºC controlado por atmósfera y vacío con carga inferior automática
• Horno vertical de 1600 ºC controlado por atmósfera y vacío con carga inferior automática

Equipamiento Secundario

• ESCANER 3D+PCs de sobremesa ESCANER 3D+PCs de sobremesa

Monto total que otorga el Fondecyt, unidad ejecutora de Concytec S/.1,200,000.00