Search

Aquest treball pretén demostrar quins efectes existeixen quan s’aplica l’operació de brunyit en peces polimèriques impreses amb la tècnica d’extrusió de material (MEX). Així doncs, es vol analitzar si el grau d’emplenament de les peces condiciona la rugositat superficial abans i després de ser mecanitzades. Els sòlids d’aquest estudi han estat fabricats amb àcid polilàctic (PLA) i han estat processats amb la tècnica de brunyit amb bola assistida amb i sense vibracions (VABB i NVABB). Les dades resultants mostren una millora significativa de la rugositat superficial a mesura que s’augmenta el grau percentual d’emplenament de les peces. Finalment, s’observa com de manera anterior i posterior al brunyit, el grau d’emplenament dels sòlids influencia notablement l’acabatsuperficial., Este trabajo pretende demostrar qué efectos existen cuando se aplica la operación de bruñido en piezas poliméricas impresas con la técnica de extrusión de material (MEX). Por lo tanto, se pretende analizar si el grado de relleno de las piezas condiciona la rugosidad superficial antes y después de ser mecanizadas. Los sólidos de este estudio han sido fabricados con ácido poliláctico (PLA) y han sido procesados con la técnica de bruñido con bola asistida con y sin vibraciones (VABB y NVABB). Los datos resultantes muestran una mejora significativa de la rugosidad superficial a medida que se aumenta el grado porcentual de llenado de las piezas. Finalmente, se observa cómo de manera anterior y posterior al bruñido, el grado de relleno de los sólidos influye notablemente en el acabado superficial., This paper aims to demonstrate the effects that occur when the burnishing operation is applied to polymeric parts printed with the Material Extrusion (MEX) technique. Therefore, it is intended to analyse whether the infill degree of the parts will impact the surface roughness before and after being machined. The solids in this study have been manufactured with Polylactic Acid (PLA) and have been processed with the ball burnishing technique assisted with and without vibrations (VABB and NVABB). The resulting data show a significant improvement in surface roughness as the percentage infill degree of the parts is increased. Finally, it is observed how both before and after burnishing, the infill degree of the solids significantly influences the surface finish.

Esta tesis tiene como objetivo analizar las propiedades superficiales y mecánicas de piezas impresas en 3D después de diversas técnicas de post-procesamiento. Inicialmente, se revisan técnicas avanzadas de fabricación aditiva y sus aplicaciones en materiales poliméricos para establecer una base teórica. La investigación luego se centra en los detalles de los polímeros HP Multi Jet Fusion (MJF) y su caracterización. Se diseñaron y fabricaron especímenes de prueba según normas establecidas. El estudio se divide en dos partes principales: el ensayo de flexión de cuatro puntos, que mide características mecánicas, y la evaluación de parámetros de rugosidad superficial. Los resultados muestran correlaciones significativas entre las técnicas de post-procesamiento y tanto la calidad superficial como las propiedades mecánicas de las piezas impresas en 3D por MJF. Esta investigación destaca el papel crítico del post-procesamiento en la optimización del rendimiento de las piezas impresas en 3D por MJF. Los hallazgos ofrecen ideas valiosas para las industrias que buscan aprovechar la tecnología MJF para aplicaciones de alto rendimiento, proporcionando una base para seleccionar métodos de post-procesamiento adecuados para lograr resultados deseados tanto en calidad superficial como en robustez mecánica., This thesis aims to analyze the surface and mechanical properties of 3D printed parts after various post-processing techniques. Initially, advanced additive manufacturing techniques and their applications to polymer materials are reviewed to establish a theoretical foundation. The research then focuses on the specifics of HP Multi Jet Fusion (MJF) polymers and their characterization. Test specimens were designed and fabricated according to established standards. The study is divided into two main parts: the four-point bending test, which measures mechanical characteristics, and the evaluation of surface roughness parameters. The results show significant correlations between post-processing techniques and both surface quality and mechanical properties of MJF 3D printed parts. This research highlights the critical role of post-processing in optimizing the performance of MJF 3D printed parts. The findings offer valuable insights for industries seeking to leverage MJF technology for high-performance applications, providing a basis for selecting appropriate post-processing methods to achieve desired outcomes in both surface quality and mechanical robustness., Aquesta tesi té com a objectiu analitzar les propietats superficials i mecàniques de les peces impreses en 3D després de l’aplicació de diverses tècniques de post-processament. En primer lloc, es revisen tècniques avançades de fabricació additiva i les seves aplicacions en materials polimèrics per establir una base teòrica sòlida. A continuació, la investigació se centra en els polímers de HP Multi Jet Fusion (MJF) i la seva caracterització específica. Es van dissenyar i fabricar espècimens de prova segons els estàndards establerts. L’estudi es divideix en dues parts principals: la prova de flexió en quatre punts, que mesura les característiques mecàniques, i l’avaluació dels paràmetres de rugositat superficial. Els resultats mostren correlacions significatives entre les tècniques de post-processament i la qualitat superficial, així com les propietats mecàniques de les peces impreses en 3D mitjançant MJF. Aquesta investigació ressalta el paper crucial del post-processament en l’optimització del rendiment de les peces impreses en 3D amb MJF. Les troballes proporcionen perspectives valuoses per a les indústries que busquen aprofitar la tecnologia MJF per a aplicacions d’alt rendiment, oferint una base per a la selecció de mètodes de post-processament adequats per aconseguir els resultats desitjats en termes de qualitat superficial i robustesa mecànica.

El present treball procura reflectir el procés que s’ha seguit per a dissenyar una cadira de rodes econòmica per a competir en l’esport rugby sobre rodes. Al llarg d’aquest document es detallen el procés de disseny que s’ha seguit, els càlculs que s’han dut a terme per mirar de garantir que la cadira dissenyada resistirà les sol·licitacions de l’esport i la resta de concrecions necessàries per a arribar al producte final dissenyat. Durant el procés de disseny, s’ha tingut en compte l’objectiu de que la cadira dissenyada presenti un cost menor que els productes que hi ha actualment al mercat. Al llarg del document es descriu el procés que s’ha seguit durant la fase de disseny, els resultats obtinguts en els diferents anàlisis que s’han dut a terme, i finalment es descriu el producte final fruit d’aquest projecte, incorporant els plànols i anàlisis realitzats per a poder afrontar la producció del disseny realitzat. El disseny obtingut en el procés demostra ser vàlid des del punt de vista funcional i de resistència., El presente trabajo procura reflejar el proceso que se ha seguido para diseñar una silla de ruedas económica para competir en el deporte Rugby Sobre Ruedas. A lo largo de este documento se detallan el proceso de diseño que se ha seguido, los cálculos que se han realizado para garantizar que la silla diseñada resistirá las solicitaciones del deporte y el resto de las concreciones necesarias para llegar al producto final diseñado. Durante el proceso de diseño se ha tenido en cuenta el objetivo de que la silla diseñada presente un menor coste que los productos que se encuentran actualmente en el mercado. A lo largo del documento se describe el proceso que se ha seguido durante la fase de diseño, los resultados obtenidos en los diferentes análisis que se han llevado a cabo y finalmente se describe el producto final fruto de este proyecto, incorporando los planos y análisis realizados para poder afrontar la producción del diseño realizado. El diseño obtenido en el proceso demuestra ser válido desde el punto de vista funcional y de resistencia., This thesis seeks to reflect the process that has been followed to design an economical wheelchair to compete in the sport of Rugby on Wheels. This document details the design process that has been followed, the calculations that have been carried out to ensure that the chair designed will withstand the stresses of sport and the rest of the details necessary to arrive at the final product designed. During the design process, the objective has been considered that the designed chair should have a lower cost than the products currently on the market. The document describes the process followed during the design phase, the results obtained in the different analyses carried out and, finally, the final product resulting from this project is described, incorporating the plans and analyses carried out to be able to produce the design made. The design obtained in the process proves to be valid form a functional and strength point of view.

The aim of this paper is to develop an analytical model to predict different texture patterns obtained with Radial Ultrasonic Vibration Assisted Machining (RUVAM) and estimate the dimensions of their characteristic features. It is also validated experimentally by performing advanced surface metrology on C45 specimens. The model is based on considering the machining of craters along radial tracks as the main texturing mechanism due to the change in the effective depth of cut provoked by the ultrasonic vibration of the insert. Mathematical formulae composing the model are then developed by considering how the machined craters in those tracks interact radially and axially, describing the final texture as the result of a multidirectional geometrical interaction. To predict how those interactions take place depending on the manufacturing parameters chosen, threshold values for the feed rate and the depth of cut are proposed. They also allow the validation of the formulae that estimate the different geometrical descriptors of craters (radial and axial heights and widths). According to the different combinations of parameters, the model succeeds in proposing diverse potential texturing scenarios. In the second part of this paper, a full factorial design is planned and applied on C45 specimens to validate the results with a RUVAM tool of 40 kHz and a 1 µm-amplitude. The plan includes three factors (insert nose radius, depth of cut and feed rate). Their levels are defined according to the threshold values for feed and depth of cut defined by the model to reproduce different textures. Results prove that the proposed threshold values allow a very good assessment of the resulting microtexturing structures on the surfaces. The measured values of widths and heights are in agreement with the values predicted by the model. With this technique, the heights of the textured surfaces span from 5 to 400 µm and widths from 45 to 720 µm, depending on the selected parameters. In the radial, Peer Reviewed, Postprint (published version)

L’objectiu principal d’aquest projecte és fabricar un recipient alimentari personalitzat per a persones adultes que tenen dificultats a l’hora de menjar. Per crear aquest prototip s’ha escollit el material TPU per la seva alta flexibilitat, elasticitat i viscositat. La realització d’aquest projecte s’ha dividit en quatre fases, que s’expliquen a continuació. La primera fase consisteix a crear els dissenys en 3D amb un software CAD. La segona fase es basa en la impressió en 3D amb el material PLA dels dissenys creats, per tal de verificar els dissenys i escollir quin serà el disseny definitiu per fabricar-lo amb el material TPU. La tercera fase consisteix a fabricar tot el prototip amb aquest material. Com aquest és un material nou per impressió 3D de la tècnica MEX, els seus paràmetres de fabricació òptims encara no estan definits, conseqüentment, s’ha hagut de fer un disseny d’experiments (DoE) que consisteix a variar tres paràmetres crítics i observar quina influència tenen aquests a les impressions. Les influències es veuen qualitativament als recipients (per exemple, a partir de mal acabats), o quantitativament amb proves mecàniques, les quals es realitzen a la quarta fase. A més a més, durant aquesta fase s’ha analitzat que la geometria també té una relació amb el material, per tal d’estudiar aquesta relació i quina influència té al recipient s’ha fet un altre DoE. La quarta i última fase, que tracta de fer una anàlisi quantitativa del prototip creat fabricant provetes segons norma ASTM D638 tipus IV, aquestes provetes tenien les mateixes característiques (orientació, gruix i velocitat d’impressió) que el prototip final. Per fer aquesta anàlisi s’han assajat les provetes a tracció amb la màquina d’assaig universal per tal d’assolir els resultats de les propietats mecàniques., El objetivo principal de este proyecto es fabricar un recipiente alimenticio personalizado para personas adultas que tienen dificultades a la hora de comer. Para crear este prototipo se ha escogido el material TPU por su alta flexibilidad, elasticidad y viscosidad. La realización de este proyecto se ha dividido en cuatro fases, que se explican a continuación. La primera fase consiste en crear los diseños en 3D con un software CAD. La segunda fase se basa en la impresión en 3D con el material PLA de los diseños creados, a fin de verificar los diseños y escoger cuál será el diseño definitivo para fabricarlo con el material TPU. La tercera fase consiste en fabricar todo el prototipo con ese material. Como éste es un material nuevo por impresión 3D de la técnica MEX, sus parámetros de fabricación óptimos aún no están definidos, consecuentemente, se ha tenido que hacer un diseño de experimentos (DoE) que consiste en variar tres parámetros críticos y observar qué influencia tienen éstos en las impresiones. Las influencias se ven cualitativamente en los recipientes (por ejemplo, a partir de mal terminados), o cuantitativamente con pruebas mecánicas, que se realizan en la cuarta fase. Además, durante esta fase se ha analizado que la geometría también tiene una relación con el material, a fin de estudiar esta relación y qué influencia tiene en el recipiente se ha hecho otro DoE. La cuarta y última fase, que trata de realizar un análisis cuantitativo del prototipo creado fabricando probetas según norma ASTM D638 tipo IV, estas probetas tenían las mismas características (orientación, espesor y velocidad de impresión) que el prototipo final. Para realizar este análisis se han ensayado las probetas a tracción con la máquina de ensayo universal para conseguir los resultados de las propiedades mecánicas., The main objective of this project is to manufacture a personalised food container for adults who have difficulty eating. To create this prototype, TPU material has been chosen for its high flexibility, elasticity, and viscosity. The implementation of this project has been divided into four phases, which are explained below. The first phase consists of creating the 3D designs with CAD software. The second phase is based on 3D printing the created designs with the PLA material, to verify the designs and choose the final design to be manufactured with the TPU material. The third phase consists of manufacturing the entire prototype with the TPU material. As this is a new material for 3D printing in the MEX technique, its optimal manufacturing parameters are not yet defined. Consequently, a design of experiments (DoE) has had to be carried out, which consists of varying three critical parameters and observing what influence these have on the prints. The influences are seen qualitatively on the containers (e.g. from poorly finished ones), or quantitatively with mechanical tests, which are carried out in the fourth phase. Furthermore, during this phase it has been analysed that the geometry also has a relation to the material, to study this relation and what influence it has on the vessel another DoE has been done. The fourth and last phase, which deals with carrying out a quantitative analysis of the prototype created by manufacturing specimens according to ASTM D638 type IV standard, these specimens had the same characteristics (orientation, thickness, and printing speed) as the final prototype. To carry out this analysis, the specimens were tested in traction with the universal testing machine to obtain the results of the mechanical properties.

En aquest projecte s'ha mecanitzat mitjançant un torn de control numèric provetes de la aleació Ti-6Al-4V d'acord amb la norma ISO 1143-210. Durant la fase de l'acabat, s'ha treballat amb una eina assistida per vibració amb la finalitat de millorar les qualitats superficials i les propietats mecàniques de la peça. L'objectiu de dur a terme aquest projecte és comprendre la influència en l'acabat superficial durant la mecanització amb i sense vibració sobre la vida a fatiga a flexió rotativa de peces acabades mitjançant aquests processos. L'estudi es basa en la hipòtesi que la textura en la superfície mecanitzada sobre provetes amb vibració tendeix a conferir-li millors propietats mecàniques, la qual cosa implica un cicle de vida més llarg. Per corroborar aquesta hipòtesi, es va elaborar un disseny experimental considerant la preparació de provetes amb dos avanços i dues velocitats de tall diferents. Cada bloc es va repetir amb i sense vibració, obtenint així 8 tipus de superfícies diferents. Es va arribar a la conclusió que la mecanització amb vibració no només suposa una millora en l'acabat superficial, sinó que també millora les propietats mecàniques de les peces, la qual cosa fa que el seu cicle de vida es vegi incrementat., En este proyecto se ha mecanizado mediante un torno de control numérico probetas de la aleación Ti-6Al-4V de acuerdo con la norma ISO 1143-210. Durante la fase del acabado, se ha trabajado con una herramienta asistida por vibración con el fin de mejorar las cualidades superficiales como las propiedades mecánicas de la pieza. El objetivo de llevar a cabo este proyecto es para comprender la influencia en el acabado superficial durante el mecanizado con y sin vibración sobre la vida a fatiga a flexión rotativa de piezas acabadas mediante dichos procesos. El estudio se basa en la hipótesis de que la textura en superficie mecanizada sobre probetas con vibración tienden a conferirle mejores propiedades mecánicas, lo que supone un mayor ciclo de vida. Para corroborar dicha hipótesis, se elaboró un diseño experimental considerando la preparación de probetas con dos avances y dos velocidades de corte diferentes. Cada bloque se repitió con y sin vibración, obteniendo así 8 tipos de superficies diferentes. Se llegó a la conclusión de que el mecanizado con vibración no solo supone una mejora en el acabado superficial, sino que también mejor las propiedades mecánicas de las piezas, lo que hace que su ciclo de vida se vea incrementado., In this project, specimens of Ti-6Al-4V alloy were machined using a numerical control lathe in accordance with ISO 1143-210 standards. During the finishing phase, work was done with a vibration-assisted tool to enhance both the surface qualities and mechanical properties of the piece. The objective of carrying out this project is to understand the influence on surface finishing during machining with and without vibration regarding the fatigue life under rotary bending of parts finished through these processes. The study is based on the hypothesis that the surface texture machined on specimens with vibration tends to confer better mechanical properties, resulting in an extended lifecycle. To validate this hypothesis, an experimental design was developed considering the preparation of specimens with two different feeds and cutting speeds. Each block was repeated with and without vibration, thus obtaining 8 different types of surfaces. It was concluded that machining with vibration not only improves surface finishing but also enhances the mechanical properties of the parts, leading to an increased lifespan.

This paper aims to present a study of the effects of ball burnishing with vibration assistance on the bending fatigue endurance of cylindrical specimens subjected to bending stress and obtain the best input parameters. The specimens were burnished through six different combinations of preload force, number of passes, and vibration assistance, finding that burnishing while applying a 90-N preload, five passes, and the addition of vibration assistance results in larger fatigue strength. In terms of roughness, it has been proved that vibration-assisted ball burnishing reduces the mean roughness up to 90%, while enhancing the skewness and kurtosis parameters. The softening effect while deforming, caused by the vibration assistance, helped to reconstruct the surface, obtaining higher depths of affectation and hardening. Fatigue strength was improved by a 6.54% by only adding vibration assistance to the ball-burnishing process., Peer Reviewed, Postprint (published version)

El treball que es presenta a continuació tracta sobre el procés de fabricació d’una cadira de rodes professional per jugar a rugby i es pretén utilitzar com a guia informativa per conèixer el procés primari. Es mencionen tots els tipus de processos que cal realitzar per fabricar un prototip amb les indicacions i instruccions corresponents, però únicament s’especifica amb detall els processos que són universals aportant rutes de fabricació, eines necessàries, plànols, utillatges, matèria prima i recomanacions de treball. Aquest treball s’ha realitzat en base a la hipòtesi de que tots els processos de fabricació es duen a terme en un taller convencional donant per fet que el taller disposa de la maquinària que cal per realitzar cada procés., El trabajo que se presenta a continuación trata sobre el proceso de fabricación de una silla de ruedas profesional para jugar a rugby y se pretende utilizar como guía informativa para conocer el proceso primario. Se mencionan todos los procesos que hay que realizar para la fabricación de un prototipo con las indicaciones e instrucciones correspondientes, pero únicamente se especifica con detalle los procesos universales aportando rutas de fabricación, herramientas necesarias, utillajes, materia prima i recomendaciones de trabajo. Este trabajo se ha realizado en base a la hipótesis de que todos los procesos de fabricación se llevan a cabo en un taller convencional dando por hecho que el taller dispone de la maquinaria que hace falta para realizar cada proceso., The work presented below deals with the manufacturing process of a professional rugby wheelchair and is intended to be used as an informative guide to learn about the primary process. All the types of processes that have to be carried out to manufacture a prototype are mentioned with the corresponding indications and instructions, but only the processes that are universal are specified in detail, providing manufacturing routes, necessary tools, drawings, tooling, raw materials and work recommendations. This work has been carried out based on the hypothesis that all the manufacturing processes are carried out in a conventional workshop, taking in a count that the workshop has the necessary machinery to carry out each process.

Aquesta tesi investiga l'impacte del brunyit de boles assistit per vibracions ultrasòniques (VABB) en les propietats superficials de l'acer per a eines de treball en calent VH13IM® (1.2344), en comparació amb els mètodes tradicionals de brunyit de boles. L'objectiu principal va ser millorar la qualitat superficial i determinar les combinacions més efectives d'estratègies de brunyit, desplaçaments laterals i valors de precàrrega. Aquesta recerca va estar impulsada per la hipòtesi que les vibracions ultrasòniques modifiquen significativament el comportament plàstic del material sota estrès mecànic, facilitant una deformació superficial més efectiva i millores en les propietats. L'estudi va utilitzar un disseny factorial complet per avaluar diversos paràmetres de rugositat superficial sota diferents estratègies de brunyit i desplaçaments. Els resultats indiquen que VABB, especialment amb un desplaçament lateral de 0.05 mm i valors de precàrrega més baixos, supera consistentment el brunyit de boles sense vibració (NVABB) en tots els paràmetres mesurats. Es va trobar que el desplaçament de 0.05 mm és el més efectiu per millorar la textura superficial, especialment en estratègies paral·leles i diagonals, proporcionant un control superior sobre la rugositat superficial i contribuint a una major durabilitat i funcionalitat dels components. Les conclusions extretes de l'anàlisi recomanen l'estratègia paral·lela amb un desplaçament de 0.05 mm com a òptima per assolir característiques superficials excel·lents, essencials per a aplicacions que requereixen alta precisió i mínima desviació. Aquestes percepcions ofereixen un mapa estratègic per optimitzar els processos de brunyit de boles en entorns industrials, alineant les opcions metodològiques amb requisits de rendiment específics i normes industrials per millorar significativament la qualitat i la fiabilitat dels components. Aquesta tesi aporta coneixements valuosos sobre la mecànica de l'acoustoplasticitat i les seves aplica, Esta tesis investiga el impacto del bruñido de bolas asistido por vibraciones ultrasónicas (VABB) en las propiedades superficiales del acero de herramientas para trabajo en caliente VH13IM® (1.2344), en comparación con los métodos tradicionales de bruñido de bolas. El objetivo principal fue mejorar la calidad superficial y determinar las combinaciones más efectivas de estrategias de bruñido, desplazamientos laterales y valores de precarga. Esta investigación estuvo impulsada por la hipótesis de que las vibraciones ultrasónicas modifican significativamente el comportamiento plástico del material bajo estrés mecánico, facilitando una deformación superficial más efectiva y mejoras en las propiedades. El estudio utilizó un diseño factorial completo para evaluar varios parámetros de rugosidad superficial bajo diferentes estrategias de bruñido y desplazamientos. Los hallazgos indican que VABB, especialmente con un desplazamiento lateral de 0.05 mm y valores de precarga más bajos, supera consistentemente al bruñido de bolas sin vibración (NVABB) en todos los parámetros medidos. Se encontró que el desplazamiento de 0.05 mm es el más efectivo para mejorar la textura superficial, especialmente en estrategias paralelas y diagonales, proporcionando un control superior sobre la rugosidad superficial y contribuyendo a la mayor durabilidad y funcionalidad de los componentes. Las conclusiones extraídas del análisis recomiendan la estrategia paralela con un desplazamiento de 0.05 mm como óptima para lograr características superficiales excelentes, esenciales para aplicaciones que requieren alta precisión y mínima desviación. Estos conocimientos ofrecen un mapa estratégico para optimizar los procesos de bruñido de bolas en entornos industriales, alineando las elecciones metodológicas con requisitos de rendimiento específicos y normas industriales para mejorar significativamente la calidad y fiabilidad de los componentes. Esta tesis aporta valiosos conocimientos sobre la mecánica de l, This thesis investigates the impact of ultrasonic vibration-assisted ball burnishing (VABB) on the surface properties of VH13IM® (1.2344), a hot work tool steel, compared to traditional ball burnishing methods. The primary objective was to enhance surface quality and determine the most effective combinations of burnishing strategies, lateral offsets, and preload values. This research was driven by the hypothesis that ultrasonic vibrations significantly modify the material's plastic behavior under mechanical stress, facilitating more effective surface deformation and property enhancements. The study utilized a full factorial design to assess various surface roughness parameters under different burnishing strategies and offsets. The findings indicate that VABB, particularly with a 0.05 mm lateral offset and lower preload values, consistently outperforms non-vibrated ball burnishing (NVABB) across all measured parameters. The 0.05 mm offset was found to be most effective in enhancing surface texture, especially in parallel and diagonal strategies, providing superior control over surface roughness and contributing to increased durability and functionality of the components. The conclusions drawn from the analysis recommend the parallel strategy with a 0.05 mm offset as optimal for achieving excellent surface characteristics, essential for applications requiring high precision and minimal deviation. These insights offer a strategic roadmap for optimizing ball burnishing processes in industrial settings, aligning methodological choices with specific performance requirements and industry standards to significantly improve component quality and reliability. This thesis contributes valuable insights into the mechanics of acoustoplasticity and its practical applications in materials engineering, presenting a compelling case for the broader adoption of VABB technologies in manufacturing.

Tesi amb menció internacional, (English) The mechanical characterization of new materials used in the Material Extrusion technique (MEX) in 3D printing is essential. The use of this technique is growing and with it the possible applications of printed polymeric parts. Thermoplastic elastomers (TPE) are MEX processable materials because they have the typical properties of thermoplastics but also have the flexible properties typical of elastomers. As they are new materials in the world of MEX, there is a lack of knowledge about their behavior when they are extruded, and, therefore, their potential use for advanced applications, particularly in the biomedical industry.This dissertation presents a mechanical study of TPEs that have been processed through MEX. The materials have different polymer bases and Shore hardnesses: TPU 98A (polyurethane-based), PEBA 90 A (polyether amide-based), TPO 90A, and TPO 96A (both olefin-based). A thermo-analytical characterization was performed before the mechanical testing. The lack of specific standards addressing this characterization for TPE materials posed one of the main challenges of the work. It was composed of a thermo-gravimetric analysis (TGA) and a differential scanning calorimetry (DSC). Once the critical temperatures of each material were detected, a qualitative study of the inter- and intra-layer bonds of the four TPEs was carried out. From this study, the extrusion temperature, the printing speed, and the optimal layer height for each material were obtained. The mechanical study consisted of three types of tests. The first one was a tensile characterization. The specimens were manufactured according to the ASTM D638 standard and based on a full factorial design of experiments (DoE). In this test, the influences of two printing parameters (layer height and filling percentage) on the tensile responses (Young's modulus and yield strength) were studied with the help of an analysis of variance (ANOVA). The second test was a study of the viscoelastic proper, (Español) La caracterització mecànica de nous materials utilitzats per fabricar peces mitjançant la tècnica d'Extrusió de Material (MEX) en impressió 3D, és essencial. L'ús d'aquesta tècnica està creixent i amb ella creixen les possibles aplicacions de peces polimèriques impreses. Els termoplàstics elastòmers (TPE) són materials processables per MEX perquè tenen les propietats típiques dels termoplàstics però també tenen propietats flexibles pròpies dels elastòmers. Al ser materials nous dins el món de MEX, hi ha una manca de coneixement sobre el comportament quan són extruïts, i conseqüentment, en el seu potencial per a usos d'aplicacions avançades, particularment en la indústria biomèdica. Aquesta dissertació presenta un estudi mecànic de TPEs que han estat processats per MEX. Els materials tenen bases polimèriques i dureses Shore diferents: TPU 98A (a base de poliuretà), PEBA 90 A (a base de polièter amida), TPO 90A i TPO 96A (tots dos basats en olefina). Es va realitzar una caracterització termo-analítica prèvia als assajos mecànics. La falta de normes específiques que tracten la caracterització per a materials TPE, ha estat un dels majors reptes per a la realització d'aquesta tesi. Aquesta es compon per un anàlisis termo-gravimètric (TGA) i una calorimetria diferencial d'escombratge (DSC). Una vegada detectades les temperatures crítiques de cada material, es procedeix a fer un estudi qualitatiu de les unions inter- i intra-capa dels quatre TPEs. D'aquest estudi s'obtenen la temperatura d'extrusió, la velocitat d'impressió i l'alçada de capa òptima per a cada material. L'estudi mecànic es compon de tres tipus d'assajos. El primer és un assaig de tracció. Les provetes es van fabricar segons l'estàndard ASTM D638 i a partir d'un disseny d'experiments (DoE) factorial complet. En aquest assaig es van estudiar les influències de dos paràmetres d'impressió (alçada de capa i percentatge d'emplenament) sobre les respostes obtingudes a tracció (mòdul de Young i límit elà, Postprint (published version)

Rotational abrasive finishing (RAF) is a new nano-finishing technique in which the finishing forces are applied to the workpiece by the opposite rotations of a stirring-blades and the workpiece. The RAF process allows for finishing the inner and outer surfaces of workpieces, particularly complex ones with axial symmetry. The present study aims to propose a new theoretical model to obtain deeper insights into the material removal mechanism, surface roughness prediction, and forces in RAF process. Since the abrasive-workpiece interaction is random and complex in nature in the RAF, some initial assumptions were considered. To validate the repeatability of the experimental results, the experiments were designed based on the Response surface method (RSM). To validate the new proposed theoretical model, a number of influential parameters were investigated. It was found that the stirring-blade speed (S), working gap (W), and abrasive grain size (A) had significant effects on Ra. The minimum surface roughness (Ra) was obtained to be 46.87 nm at a rotational speed of 600 rpm, a working gap of 1 mm, and grain size of 18 µm. The experimental results were relatively in good agreement with the theoretical results so that the maximum error was about 24%. This can be assumed that the most important explanation for the difference between the theoretical and experimental results can be attributed to the initial theoretical assumptions., Objectius de Desenvolupament Sostenible::9 - Indústria, Innovació i Infraestructura, Postprint (published version)

Thermoplastic elastomeric materials are processable through 3D printing. These materials demonstrate excellent mechanical properties, along with good flexibility. A better understanding of the creation of bonds between the filaments of these copolymers is still needed. When extruded, these materials have shown to have a different behavior compared to commonly known thermoplastic materials. The methodology hereby presented relies on the tensile tests of 3D-printed samples of two thermoplastic elastomers based on olefin: TPO 90A and TPO 96A. In order to study the effect of printing parameters on the mechanical behavior of the samples, these have been manufactured following a full factorial design of experiments. Statistical influences were evaluated with an Analysis of Variance. Layer height and fill density were the variable parameters. Eventually, these two parameters were shown to have a significant effect on the mechanical properties studied (Young's modulus and Yield Strength). Once all the results were analyzed, the presented methodology was applied to another set of specimens. These had been manufactured with a different printer and with the same material but colored. The Analysis of Variance showed that, although the mechanical properties were affected by the color pigments, the trends of this analysis and the recommended manufacturing values, did not vary. The results showed that when working with thermoplastic elastomers, and in order to maximize Young's modulus and Yield Strength, a 0.3 mm layer height and a 75% fill density should be selected., Peer Reviewed, Objectius de Desenvolupament Sostenible::9 - Indústria, Innovació i Infraestructura, Postprint (published version)

En el siguiente trabajo se pretende hacer un estudio topológico de piezas mecanizadas por VAM analizando y caracterizando su superficie y comparándolas con piezas mecanizadas por torneado convencional, es decir, sin ningún tipo de vibración aplicada en su herramienta de corte. Para realizar este proceso se han mecanizado las piezas, se ha adquirido la información necesaria sobre su topografía, se ha analizado esta información y se han dado unos resultados y unas conclusiones acorde con los parámetros extraídos los cuales reflejan una topografía rugosa con cráteres que van variando sus dimensiones en función de la combinación de avances y velocidades de corte que se apliquen al mecanizado., En el següent treball es pretén fer un estudi topològic de peces mecanitzades per VAM analitzant i caracteritzant la seva superfície i comparant-les amb peces mecanitzades per tornejat convencional, és a dir, sense cap mena de vibració aplicada a la seva eina de tall. Per realitzar aquest procés s'han mecanitzat les peces, s'ha adquirit la informació necessària sobre la seva topografia, s'ha analitzat aquesta informació i s'han donat uns resultats i unes conclusions d'acord amb els paràmetres extrets que reflecteixen una topografia rugosa amb cràters que van variant les seves dimensions en funció de la combinació d'avenços i velocitats de tall que s'apliquin a la mecanització., The following work intends to carry out a topological study of parts machined by VAM, analyzing, and characterizing their surface and comparing them with parts machined by conventional turning, that is, without any type of vibration applied to its cutting tool. To carry out this process, the pieces have been machined, the necessary information about their topography has been acquired, this information has been analyzed and some results and conclusions have been given in accordance with the extracted parameters, which reflect a rough topography with craters that vary. its dimensions based on the combination of feeds and cutting speeds that are applied to the machining.

Para este proyecto se han mecanizado probetas de acero AISI 1045 concorde a la ISO 1143-2010. El acabado de estas probetas se ha realizado con una herramienta de bruñido con vibración asistida con el objetivo de estudiar el efecto de las vibraciones en el acabado superficial y en la vida a fatiga del material. Por esta razón, se ha realizado una comparativa entre probetas bruñidas con vibración y probetas bruñidas sin vibración, ambos tipos de probetas fabricadas durante el transcurso del proyecto. Para ver el efecto en la vida a fatiga del material, las probetas se han sometido a un ensayo de fatiga por flexión rotativa. Con los resultados obtenidos se han conseguido dos curvas de Wöhler o S-N, una para el bruñido sin vibraciones y otra con vibraciones. Por otra parte, también se ha realizado un análisis de la topología del material utilizando un rugosímetro óptico. Posteriormente, se han comparado los parámetros mas significativos de acabado superficial entre las probetas bruñidas con vibración y sin vibración. Con los datos experimentales y el procesado de datos realizado, se observa que la vida a fatiga ha aumentado cuando se aplica vibraciones en el proceso de bruñido. En lo referente al acabado superficial, no se han observado cambios significativos al aplicar vibraciones., Per a la realització d’aquet projecte se han mecanitzat provetes d’acer AISI 1045 segons la ISO 1143- 2010. El acabat d’aquestes provetes s’ha realitzat amb una eina de brunyit assistida amb vibracions per estudiar l’efecte de les vibracions en l’acabat superficial i en la vida a fatiga del material. Per aquesta raó, se ha realitzat una comparativa entre provetes brunyides amb vibració i sense vibració, els dos tipus de provetes han estat fabricades durant el transcurs d’aquet projecte. Per a observar el efecte en la vida a fatiga del material, les provetes han estat sotmeses a un assaig de fatiga per flexió rotativa. Els resultats obtinguts han servit per a obtenir dos corbes de Wöhler o S-N, una per a cada tipus de brunyit. Per una altra banda, s’ha realitzat un anàlisi topològic del material utilitzant un rugosímetre òptic. Els resultats obtinguts s’han utilitzat per realitzar una comparació entre els paràmetres mes significatius d’acabat superficial. Amb les dades experimentals i el processat de dades realitzat, s’observa una millora en la vida a fatiga del material per a provetes brunyides amb vibracions. En canvi, l’acabat superficial no ha patit canvis significatius al aplicar vibracions en el procés., During the making of this project, AISI 1045 specimens have been mechanized according to the norm ISO 1143-2010. The finishing process has been made using a vibration assisted ball burnishing tool with the main objective of studying the effect of vibrations on fatigue life and surface finishing. For this reason, a comparison between vibration assisted burnished specimens and non-vibration assisted specimens has been carried out. Both types of specimens have been manufactured during this project. In order to observe the influence of vibrations in fatigue life, a study in a rotatory bending machine has been carried out. The obtained results made possible the creation of a Wöhler or S-N curve, one for vibration assisted ball burnishing and another one for non-vibration assisted ball burnishing. A topologic analysis has also been carried out using an optic profilometer. The obtained results have used to make a comparison of the most characteristic parameters of surface finishing between ball burnished species and vibration assisted ball burnished ones. According to the results of these experiments, it can be concluded that vibration assisted specimens have had an improvement in fatigue life. As for surface finishing no relevant difference has been noticed when vibrations have been applied.

En aquest projecte, mitjançant el torn CNC (Computer Numerical Control), s’ha mecanitzat una proveta d’acer AISI1045 d’acord amb la norma ISO 1143-2010. Posterior a la fase de desbast, a la fase d’acabat s’ha treballat amb una eina assistida per vibracions per tal de millorar l’acabat superficial i conseqüentment les seves propietats mecàniques. L’eina esmentada al paràgraf anterior s’ha acoblat al torn amb l’objectiu de dur a terme experiments per comprobar-ne la influència en l’acabat superficial durant la fase de mecanitzat amb vibració assistida o sense. Posteriorment, s’ha realitzat un estudi en què s’ha sotmès la proveta mecanitzada a fatiga i s’ha estudiat la vida útil per poder lligar paràmetres de procés amb el seu comportament davant d’aquest tipus de sol·licitació. L’estudi està basat en la hipòtesi que les provetes mecanitzades amb vibració assistida tindran un cicle de vida més gran a causa de la millora de les propietats. Els resultats obtinguts han estat satisfactoris, de manera que la hipótesis plantejada ha estat la correcta., En este proyecto, por medio del torno CNC (Computer Numerical Control), se ha mecanizado una probeta de acero AISI1045 de acuerdo con la norma ISO 1143-2010. Tras la fase de desbaste, en la fase de acabado se ha trabajado con una herramienta asistida por vibraciones con tal de mejorar el acabado superficial y consecuentemente sus propiedades mecánicas. La herramienta mencionada en el párrafo anterior se ha acoplado al torno con el objetivo de llevar a cabo experimentos para comprobar su influencia en el acabado superficial durante la fase de mecanizado con o sin vibración asistida. Posteriormente, se ha realizado un estudio en el cual se ha sometido la probeta mecanizada a fatiga y se ha estudiado la vida útil para poder ligar parámetros de proceso con su comportamiento ante este tipo de solicitación. El estudio está basado en la hipótesis de que las probetas mecanizadas con vibración asistida tendrán un ciclo de vida mayor debido a la mejora de las propiedades mecánicas. Los resultados obtenidos han sido satisfactorios, de manera que la hipótesis planteada ha sido correcta., In this Project, by means of the CNC (Computer Numerical Control) lathe, an AISI1045 steel specimen has been machined in accordance with the ISO 1143-2010 standard. After the roughing phase, a vibration-assisted tool was used in the finishing phase in order to improve the surface finish and consequently its mechanical properties. The tool mentioned in the previous paragraph has been coupled to the lathe in order to carry out experiments to check its influence on the surface finish during the machining phase with or without assisted vibration. Subsequently, a study has been carried out in which the machined specimen has been subjected to fatigue and the useful life has been studied in order to be able to link process parameters with its behaviour in the face of this type of solicitation. The study is based on the hypothesis that vibration-assisted machined specimens will have a longer life cycle due to improved mechanical properties. The results obtained have been satisfactory, so that the proposed hypothesis has been correct.

En el present document es descriu el procés dut a terme per tal d’obtenir una caracterització de la textura superficial obtinguda en el procés de mecanitzat amb vibracions ultrasòniques. En els processos convencionals de mecanitzat, la rugositat de l’acabat, és a dir, la texturització de la superfície en les passades d’acabat, depenen completament de les condicions de tall, juntament amb la geometria de l’eina de tall. En el procés que es detalla al llarg de la memòria es presenta com aquesta rugositat final pot ser influenciada i caracteritzada, utilitzant vibracions ultrasòniques en la direcció radial del sistema de tall. Un cop les provetes han estat mecanitzades també es realitzarà un primer estudi preliminar de fatiga a flexió rotativa, per comprovar si les provetes que han estat mecanitzades mitjançant les vibracions ultrasòniques compten amb propietats diferents que aquelles que han estat mecanitzades mitjançant un mecanitzat convencional. L’objectiu principal del present treball de fi de grau, és, com s’ha esmentat anteriorment, una caracterització de les condicions de tall. És a dir, ser capaç de, escollint unes condicions de tall indicades, proporcionin un acabat superficial específic i poder escollir el millor grup de descriptors que parametritzin aquell tipus de textura., En el presente documento se describe el proceso llevado a cabo para obtener una caracterización de la textura superficial obtenida en el proceso de mecanizado con vibraciones ultrasónicas. En los procesos convencionales de mecanizado, la rugosidad del acabado, es decir, la texturización de la superficie en las pasadas de acabado, dependen por completo de las condiciones de corte, junto con la geometría de la herramienta de corte. En el proceso que se detalla a lo largo de la memoria se presenta cómo esta rugosidad final puede ser influenciada y caracterizada, utilizando vibraciones ultrasónicas en la dirección radial del sistema de corte. Una vez que las probetas han sido mecanizadas también se realizará un primer estudio preliminar de fatiga a flexión rotativa, para comprobar si las probetas que han sido mecanizadas mediante las vibraciones ultrasónicas cuentan con propiedades diferentes que aquellas que han sido mecanizadas mediante un mecanizado convencional. El objetivo principal del presente trabajo de fin de grado es, como se ha mencionado anteriormente, una caracterización de las condiciones de corte. Es decir, ser capaz de, escogiendo unas condiciones de corte indicadas, proporcionen un acabado superficial específico y poder escoger el mejor grupo de descriptores que parametricen ese tipo de textura., This paper describes the process carried out to obtain a characterization of the surface texture obtained in the machining process with ultrasonic vibrations. In conventional machining processes, the roughness of the finish, i.e., the surface texturing in the finishing passes, depends entirely on the cutting conditions, together with the geometry of the cutting tool. In the process detailed throughout the report, it is presented how this final roughness can be influenced and characterized using ultrasonic vibrations in the radial direction of the cutting system. Once the specimens have been machined, a first preliminary rotary bending fatigue study will also be carried out to check if the specimens that have been machined using ultrasonic vibrations have different properties than those that have been machined using conventional machining. The main objective of the present work is, as mentioned above, a characterization of the cutting conditions. That is, to be able, by choosing a specific cutting conditions, to provide a specific surface finish and to be able to choose the best set of descriptors to parameterize that type of texture.

In this study, we analyzed the effects of vibration assistance, combined with a ball burnishing process, in terms of topology, residual stresses, and tribological properties on 316L shafts. The burnishing variables consisted of the variation of the input force, the number of passes, and the activation of the vibration assistance, which is based on a 40 kHz frequency and 8 µm of vibration amplitude, derived in a screening design of three factors. The results show that the medium–high level of burnishing force, high level of the number of passes, and the activation of the vibration assistance are the best options in order to improve the average roughness, the microstructure, the increase in the compressive residual stresses, and the wear enhancement, besides all variables being significant in the p-value analysis through ANOVA. Statistically, the vibration-assisted ball burnishing improved the average roughness by 2.9%, enlarged the von Mises stress on the surface by 11.5% and enhanced the wear resistance of a 316L shaft and WC-Co ball contact up to 7.3%., Peer Reviewed, Objectius de Desenvolupament Sostenible::9 - Indústria, Innovació i Infraestructura, Postprint (published version)

Tesi en modalitat de cotutela: Universitat Politècnica de Catalunya i Institut national polytechnique de Toulouse, (English) This thesis is an experimental investigation into the beneficial effects of the ultrasonic vibration-assisted ball burnishing process on the wear resistance and fatigue life-cycle enhancement of rotational symmetric parts. This study is performed with a tool patented by the Universitat Politècnica de Catalunya and l’École Nationale d’Ingénieurs de Tarbes researchers. A first investigation of the effects of the process is presented, as well an explanation of the analytical performance of each of the process parameters on the main surface integrity descriptors. An experimental campaign is undertaken on AISI 1045, Ti6Al4V and AISI 316L shafts, which are highly appreciated materials on the automotive, biomedical and aeronautical industry. The experimental campaign is based on a Screening design of three factors: burnishing force, number of passes and vibration assistance inputs. Results are analysed in terms of surface integrity factors (microstructure evolution, roughness, hardness and residual stresses) prior to wear and fatigue tests, in order to characterise the resultant surfaces after the process and quantify the contribution of each factor to the final results. The main objective of this dissertation is to compare the ultrasonic vibration assisted ball burnishing to the traditional ball burnishing and, if so, asses the positive effects of the vibration assistance. Results reveal that surface integrity factors are enhanced when the process is assisted on all materials. Fatigue results show an evidence of an increase of expected fatigue lifetime of AISI 1045 shafts, increasing its fatigue strength by 27 MPa and showing more consistency in results as Weibull statistics evidence. Wear results show that vibration assistance enhances the resistance against a WC-Co ball on the three materials tested, being AISI 316L the most consistent material, under the conditions tested, and demonstrating a relation between the wear volume and the residual stresses measured, (Español) Esta tesis es una investigación experimental sobre los efectos beneficiosos del proceso de bruñido con bolas asistido por vibración ultrasónica sobre la resistencia al desgaste y la mejora del ciclo de vida a fatiga de piezas rotacionalmente simétricas. Este estudio se realiza con una herramienta patentada por investigadores de la Universitat Politècnica de Catalunya y l'École Nationale d'Ingénieurs de Tarbes. Se presenta una primera investigación de los efectos del proceso, así como una explicación del comportamiento analítico de cada uno de los parámetros del proceso sobre los principales descriptores de integridad superficial. Se lleva a cabo una campaña experimental en ejes AISI 1045, Ti6Al4V y AISI 316L, materiales muy apreciados en la industria automovilística, biomédica y aeronáutica. La campaña experimental se basa en un diseño Screening de tres factores: fuerza de bruñido, número de pasadas y entradas de asistencia a la vibración. Los resultados se analizan en términos de factores de integridad superficial (evolución de la microestructura, rugosidad, dureza y tensiones residuales) previos a los ensayos de desgaste y fatiga, con el fin de caracterizar las superficies resultantes tras el proceso y cuantificar la contribución de cada factor a los resultados finales. El objetivo principal de esta tesis es comparar el bruñido con bola asistido por vibración ultrasónica y el bruñido con bola tradicional y, en tal caso, evaluar los efectos positivos de la asistencia por vibración. Los resultados revelan que los factores de integridad superficial mejoran cuando el proceso es asistido en todos los materiales. Los resultados de fatiga muestran un aumento de la vida útil esperada a la fatiga de los ejes AISI 1045, aumentando su resistencia a la fatiga en 27 MPa y mostrando una mayor consistencia en los resultados como evidencia la estadística Weibull. Los resultados de desgaste muestran que la asistencia por vibración mejora la resistencia frente a una bola, Postprint (published version)

Aquest projecte té com a objectiu principal, l'estudi de la influència del percentatge de densitat i l'orientació sobre el comportament mecànic de provetes fabricades mitjançant la tècnica d'impressió MEX (Extrusió de Material) i assajades a tracció, compostes del material Timberfill de Fillamentum. Per fer-ho, s'estudien 4 respostes mecàniques que són el mòdul de Young, el límit elàstic, la tensió màxima i la deformació a la tensió màxima. Per a la realització de la metrologia de les provetes s'ha seguit la norma ASTM D638. Un cop imprimides les provetes, seguint un DoE (Disseny d'experiments) factorial complet, s'han sotmès a un assaig a tracció, on posteriorment s'han processat les dades per caracteritzar mecànicament el Timberfill. A més, s'ha realitzat un ANOVA (Anàlisi de Variança) per estudiar estadísticament les influències dels paràmetres de fabricació als resultats obtinguts. D'aquesta manera, s'ha obtingut la millor combinació de paràmetres per al material Timberfill per obtenir les millors propietats a tracció. Per acabar, s'ha realitzat un estudi de la densitat real respecte la densitat teòrica de les provetes., La realización de este proyecto tiene como objetivo principal, el estudio de la influencia del porcentaje de densidad y la orientación sobre el comportamiento mecánico de probetas fabricadas mediante la técnica de impresión MEX (Extrusión de Material) y ensayadas a tracción, compuestas del material Timberfill de Fillamentum. Para ello, se estudian 4 respuestas mecánicas que son el módulo de Young, el límite elástico, la tensión máxima y la deformación a la tensión máxima. Para la realización de la metrología de las probetas se ha seguido la norma ASTM D638. Una vez imprimidas las probetas, siguiendo un DoE (Diseño de experimentos) factorial completo, se han sometido a un ensayo a tracción, donde posteriormente se han procesado lo datos para caracterizar mecánicamente el Timberfill. Además, se ha realizado un ANOVA (Análisis de Varianza) para estudiar estadísticamente las influencias de los parámetros de fabricación en los resultados obtenidos. De esta manera, se ha obtenido la mejor combinación de parámetros para el material Timberfill con el objetivo de obtener las mejores propiedades a tracción. Por último, se ha realizado un estudio de la densidad real respecto la densidad teórica de las probetas., The main objective of this project is to study the influence of density percentage and orientation on the mechanical behavior of specimens manufactured using the MEX (Material Extrusion) printing technique and tensile tested, made up of the Timberfill material of Fillamentum. To do this, four mechanical responses are studied, which are Young's modulus, elastic limit, maximum stress and deformation at maximum stress. For the realization of the metrology of the specimens, the ASTM D638 standard has been followed. Once the specimens have been printed, following a full factorial DoE (Design of Experiments), they have been subjected to a tensile test, where the data has subsequently been processed to mechanically characterize the Timberfill. In addition, an ANOVA (Analysis of Variance) has been carried out to statistically study the influences of manufacturing parameters on the results obtained. In this way, the best combination of parameters for the Timberfill material has been obtained in order to obtain the best tensile properties. Finally, a study of the real density with respect to the theoretical density of the specimens has been carried out.

3D printing is emerging in the healthcare field. Being able to reproduce organ models with low-cost and sustainable technology is generating a big impact on professionals working in the medical industry. This work aims to illustrate the potential of the material extrusion technique by replicating 3D models used for helping surgeons in pre-operative planning. The properties of a standard thermoplastic PLA for 3D printing are compared with other thermoplastics with elastomeric properties whose application is arising nowadays in this field, namely PEBA, TPO, and TPU. This research covers three real cases of study: a pulmonary fistula, a bone tumor, and a replication of the spinal column. The cases helped anticipate potential problems during surgery and achieve good quality in educating and training new professionals. Finally, an optimal printing configuration is presented. The settings of the printing parameters selected are the ones that maximize the inter and intra-layer bonding, which is important to achieve good shape results and consistency of the models. Although the printed parts are not meant to support a big mechanical effort, it is important to relate the selection of the printing parameters to the adhesion of filaments in order to reduce the quantity of material deposited during the manufacturing process, and consequently, reduce the printing time. Also, to achieve a realistic model that can be of effective help for the medical faculty when preparing their interventions and during their diagnostic process., The first author gratefully acknowledges the Universitat Politècnica de Catalunya for the financial support of her predoctoral grant FPU-UPC, with the collaboration of Banco de Santander., Peer Reviewed, Postprint (published version)

The use of the Material Extrusion technique with Thermoplastic Elastomers is currently growing because of the large number of benefits of this family of materials. They are processable materials with high flexibility, which makes them very useful, for example, in biomedical applications that require flexible objects with complex geometries. This study aims to characterize a specific polymer, namely polyether-block-amide-based polymer (PEBA), by analyzing its anisotropic behavior in printed samples and investigating the mechanical properties based on different printing orientations. Three orientations (X, Y, and Z) were used to relate the printing orientation to the type of bonds formed in the samples: intra-layer bonds, inter-layer bonds, and the deposited filament. Tensile tests following ASTM D638 were conducted to measure sample rigidity, while Acoustic Emission, an advanced Non-Destructive Technique, was employed to examine the trend of the failure process. The presence of voids was also observed to assess printing quality, which is influenced by the printing orientation and alters the quality of bonds. The results revealed that samples printed horizontally exhibited higher Young’s Modulus values and fewer voids in the inner parts. Vertically printed samples displayed inferior mechanical properties and a greater number of voids. Consequently, the intra-layer yielded better bond formation and minimized voids. Acoustic Emission analysis corroborated these findings by demonstrating distinct energy distribution patterns among the different printing orientations. Hits were concentrated at maximum stresses, primarily observed in the vertically printed samples, which experienced macroscopic failure. Furthermore, this particular specimen exhibited a vertical asymptote near the maximum stress level. The analysis of the energy of Acoustic Emission hits demonstrated a reasonably good fit with the Gutenberg-Richter (GBR) law based on the printing direction., The first author gratefully acknowledges the Universitat Politècnica de Catalunya for the financial support- of her predoctoral grant FPU-UPC, with the collaboration of Banco de Santander. The second author acknowledges the Ministerio de Universidades of Spain for her Margarita Salas Grant., Peer Reviewed, Postprint (published version)

El brunyit és un tipus de post-processat mecànic superficial que s’està estenent a gran ritme a la indústria de mecanització de peces metàl·liques degut a l’augment de prestacions sobre les superfícies resultants, el valor afegit a les peces fabricades i la seva simplicitat d’execució. Aquesta tecnologia, però, depèn d’una combinació òptima molt específica de paràmetres per a cada material base concret. Cada grup de paràmetres s’ha de perfilar, per a cada mostra, amb un seguit d’experiments que són llargs i generalment nombrosos. En aquest projecte es proposa una solució alternativa per automatitzar i agilitzar el procés de comparació de perfils de paràmetres mitjançant el mètode de trepanació incremental. El propòsit d’aquest treball consisteix en validar i protocol·litzar el mètode de trepanació incremental per extreure, de cada combinació de paràmetres, una corba que relacioni les tensions residuals en relació a la fondària respecte la superfície., El bruñido es un tipo de postproceso mecánico superficial que se está extendiendo a gran ritmo en la industria de mecanizado de piezas metálicas debido al augmento de prestaciones sobre las superficies resultantes, valor añadido a las piezas fabricadas y su simplicidad de ejecución. Esta tecnología, pero, depende de una combinación óptima muy específica de parámetros para cada material en concreto. Cada grupo de parámetros debe perfilarse, para cada muestra, mediante un grupo de experimentos que suelen ser largos y generalmente numerosos. En este proyecto se propone una solución alternativa para automatizar y agilizar el proceso de comparación de perfiles de parámetros mediante el método de trepanación incremental. El propósito de este trabajo consiste en validar y protocolizar el método de trepanación incremental para extraer, de cada combinación de parámetros, una curva que relacione las tensiones residuales con relación a la profundidad respecto la superficie., Burnishing is a type of surface mechanical post-processing quickly extending throughout the metallic part manufacturing industry due to increasing demand of superficial properties, the add-value on the resulting parts and been easy to execute. This technology, however, depends on a very optimized combination of parameters for each specific individual. Each set of parameters must be profiled for each sample with several experiments that are usually time-consuming and generally numerous. In this project an alternative solution is proposed to automatize and speed up the process of comparing multiple profile parameters using the incremental hole drilling method. The aim of this project is to validate and protocolize the incremental hole drilling technique to extract, from each parameter combination a curve graphing the residual stresses versus the depth from the surface.

The objective of the research is to analyze the impact of the ultrasonic vibration assistance on the wear resistance due to the topography enhancement caused on Ti6Al4V cylindrical samples after surface modification through a ball burnishing process. The process parameters considered for this study are the burnishing force, the number of passes, and the addition of a 40 kHz ultrasonic assistance, which are thought to enhance the surface topography and increase the hardener effect in terms of depth. A complete screening design of 3 factors was performed, revealing that the number of passes and the vibration assistance are the most important parameters for minimizing the wear volume loss, being 170 N of burnishing force, 3 passes, and the addition of the vibration assistance as the best combination found. However, no significant difference in the friction force was observed. The topography results show that there is a decrease in the average roughness from 1.50 to 0.45 µm with optimal burnishing conditions. It was also analyzed the microstructure originated after the turning, the conventional ball burnishing, and the vibration-assisted ball burnishing, being the last optimal in terms of depth affectation to the microstructure. Therefore, these results confirm an improvement in terms of wear enhancement, friction reduction, and topography results when vibration assistance is added to a conventional ball burnishing process., Peer Reviewed, Objectius de Desenvolupament Sostenible::9 - Indústria, Innovació i Infraestructura, Postprint (published version)

3D printing is a layer-by-layer manufacturing process with great potential in a large number of areas, for instance in technological and biomedical fields. Specifically, the Material Extrusion (MEX) technique, also known as Fused Filament Fabrication (FFF), has generated interest in industry and research due to its capabilities for manufacturing complex geometries. The purpose of this investigation is the characterization of inter and intra layer bondings created in four elastomeric thermoplastics of different polymer bases used in MEX. These copolymers are of great utility due to their good mechanical behavior and deformation ability. In this study, three manufacturing parameters have been considered: layer height, extrusion speed and temperature. The results show differences in behavior between copolymers and a strong influence of these manufacturing parameters: there is an existing relationship between printing velocity and extruding temperature. The presented methodology has proven to be an effective tool to identify the effects of parameters on filament bonding., Postprint (published version)

This thesis aims to analyse the effect of a cutting tool assisted (VAM) with 40-kHz vibration on C45 steel samples. It exposes the improvement of surface finish through vibration application and the different effects thus generated while machining process. The vibratory movement of the cutting tool is one-dimensional, and cutting tests are performed on a lathe machine. The study is mainly divided into two stages: the analyses of the effect of vibration assistance, feed and tool angle on the cutting force and roughness by means of a design of experiment. Then, the observation and characterisation of the chips removal mechanism with a high-speed camera to characterize the influence of the vibratory effect on its formation. The state of art section provide knowledge to understand the subject by exposing all the research and studies similar from our topic to justify the experiments that will be carried out. All procedures to achieve the research objectives are described, including the experimental design, experimental setup and the materials used to conduct them. It is concluded that one dimensional vibration assisted machining (VAM) offers distinct advantages over conventional machining (NVAM). The surface quality is improved when the cutting parameters are carefully implemented; adding vibration is the most significant effect on the surface quality providing lower Ra values than NVAM. VAM has demonstrated that applying vibration as a significative influence on the chip removal mechanism. Indeed, the chip fragmentation is facilitated by the VAM process by forming arc loose chips which ultimately improve the surface quality and tool wear resistance by limiting the friction due to enhanced evacuation of the chip. The texturization effects of VAM to obtain specific surface texture are also observed. From VAM to NVAM, two different patterns are easily detected (linear and mesh shape), the level intensity depends mainly on the feed rate.

Objective. We aim to characterize the viscoelastic behavior of Polyether-Block-Amide (PEBA 90A), provide reference values for the parameters of a constitutive model for the simulation of mechanical behaviors, and paying attention to the influence of the manufacturing conditions. Methods. Uniaxial relaxation tests of filaments of PEBA were used to determine the values of the parameters of a Prony series for a Quasi-Linear Visco-Elastic (QLVE) model. Additional, fast cyclic loading tests were used to corroborate the adequacy of the model under different test criteria in a second test situation. Results. The QLVE model predicts the results of the relaxation tests very accurately. In addition, the behavior inferred from this model fits very well with the measurements of fast cyclic loading tests. The viscoelastic behavior of PEBA under small strain polymer fits very well to a six-parameter QLVE model., Peer Reviewed, Postprint (published version)

The objective of the research was to analyse the impact of the ultrasonic vibration assistance on the wear resistance and topology enhancement of AISI 1045 cylindrical steel samples after a ball burnishing process. Burnishing process parameters such as burnishing force, number of passes and the assistance, or not, of a 40kHz vibration wave. A screening design of 3 factors with 2 central points was planned. An improvement in wear resistance and topology when the ultrasonic vibration assistance is applied, is expected due to the effects of the ball burnishing procedure on the microstructure of the samples., Objectius de Desenvolupament Sostenible::9 - Indústria, Innovació i Infraestructura, Postprint (published version)

Additive manufacturing (AM) has increased its field of application, not only for prototypes but also for final parts. Therefore, the need of study new materials is currently growing. This paper aims to study the effect of the printing parameters used in two different thermoplastic elasto-mers (PEBA 90A and TPU 98A) subjected to tensile tests, evaluating a competent alternative to the most used 3D printed materials now. To achieve it, a full factorial design of experiment is applied to analyze the influence on the tensile responses of two printing parameters: the layer height and the fill density. Besides, an analysis of variance (ANOVA) is used to describe the rela-tions among the parameters and the mechanical responses obtained. Moreover, assessment of damping properties have been done. Results show that each thermoplastic elastomer should be studied separately, although the proposed methodology can be used for each material inde-pendently of their nature. Finally, a correlation between the printing parameters and the me-chanical behavior of TPU 98A and PEBA 90A has been found, resulting the layer height and the infill statistically influent parameters for both materials., Peer Reviewed, Objectius de Desenvolupament Sostenible::9 - Indústria, Innovació i Infraestructura, Postprint (published version)

This contribution presents the result of the design, manufacture and fine-tuning of a burnishing tool to be used on different surfaces previously machined by milling. The goal is to design and to manufacture a tool capable of superfinishing some moulds and array surfaces. More specifically, the tool has been designed in order to reduce the roughness of the surface of parts of plastic and aluminum injection casts, which are currently polished manually. The tool can be mounted on any 3-, 4- or 5-axis machining center and it allows to burnish large areas of the surface. Tests have been carried out on a X40CrMo5V5-1 steel mould to verify its effectiveness. The results obtained have been satisfactory, so the expectations raised by the client have been met., Postprint (published version)

En aquest projecte s'ha realitzat un redimensionament d'una planta minera amb l'objectiu de reduir la superfície que ocupa. La màquina que s'ha redissenyat té la funció d'empaquetar sílice que s'extreu d'una pedrera natural en sacs de 25 kg i agrupar-los de forma òptima en un pallet. Per dur a terme la finalitat del treball, s'ha focalitzat el treball en el problema principal que cal solucionar, que és la reducció de l'espai en planta ocupat per la màquina. Com a solució s'ha proposat canviar l'espai horitzontal de la màquina d'envasat per un de vertical, és a dir, reagrupar els elements en dues plantes en lloc de tenir les màquines una darrere l'altra. Aquesta reducció es farà a costa d’agrupar les parts de la màquina sobre una estructura portant més complexa. Un cop ideada la solució, s'han executat diversos estudis sobre les parts més importants del projecte, com són el dimensionament dels elements de l'estructura des del punt de vista de la seva resistència, així com la fonamentació i els elements crítics. Després de desenvolupar aquestes anàlisis s'han dissenyat els enllaços entre els membres de l'estructura i amb les bancades de les màquines perquè aguantin tots els esforços sense que es produeixin falles a les noves parts. Finalment, pel que fa a l'espai final del nou disseny comparat amb l'anterior, es pot dir que ha disminuït notablement. Per tant, l’objectiu principal del projecte s’ha complert amb èxit., En el presente proyecto se ha realizado un redimensionamiento de una planta minera con el objetivo de reducir la superficie que ocupa. La máquina que se ha rediseñado tiene la función de empaquetar sílice que se extrae de una cantera natural, en sacos de 25 kg y agruparlos de forma óptima en un pallet. Para llevar a cabo la finalidad del trabajo, se ha focalizado el trabajo en el problema principal a solucionar, que es la reducción del espacio en planta ocupado por la máquina. Como solución se ha propuesto cambiar el espacio horizontal de la máquina de envasado por uno vertical, es decir, reagrupar los elementos en dos plantas en lugar de tener las máquinas una detrás de la otra. Esta reducción se hará a costa de agrupar las partes de la máquina sobre una estructura portante más compleja. Una vez ideada la solución, se han ejecutado diversos estudios sobre las partes más importantes del proyecto, como son el dimensionamiento de los elementos de la estructura desde el punto de vista de su resistencia, así como su cimentación y los elementos críticos. Tras desarrollar estos análisis se ha diseñado los enlaces entre los miembros de la estructura y las bancadas de las máquinas para que aguanten todos los esfuerzos sin que se produzcan fallas en las nuevas partes. Finalmente, en referencia al espacio final del nuevo diseño comparado con el anterior, se puede decir que ha disminuido notablemente. Por lo tanto, el objetivo principal del proyecto se ha cumplido con éxito., In this project, a mining plant has been resized with the aim of reducing the surface area it occupies. The machine that has been redesigned has the function of packaging silica extracted from a natural quarry in 25 kg bags and grouping them optimally on a pallet. In order to carry out the purpose of the work, the work has been focused on the main problem to be solved, which is the reduction of the floor space occupied by the machine. As a solution, it has been proposed to change the horizontal space of the packaging machine for a vertical one, i.e., to regroup the elements on two floors instead of having the machines one behind the other. This reduction will come at the cost of grouping the parts of the machine on a more complex supporting structure. Once the solution had been devised, several studies were carried out on the most important parts of the project, such as the dimensioning of the elements of the structure from the point of view of their resistance, as well as their foundations and critical elements. After carrying out these analyses, the links between the members of the structure and with the machine beds were designed to withstand all the stresses without causing failures in the new parts. Finally, in reference to the final space of the new design compared to the previous one, it can be said that it has been considerably reduced. Therefore, the main objective of the project has been successfully achieved.

Durant els últims anys la impressió 3D ha guanyat rellevància. Aquest motiu ha fet que la fabricació per Filament Fos (FFF), la qual actualment rep el nom de Material Extrusion, en anglès (MEX), s’adapti en diferents àmbits, des del món industrial fins a la investigació biomèdica. L’objectiu d’aquest projecte és la caracterització i l’estudi del material termoplàstic amb propietats elastòmeres, en concret el material Flexfill PEBA 90A, per estudiar la viabilitat de fabricar plantilles de sabates amb aquest material. Sent el PEBA un material nou, flexible, amb aplicacions en l’àmbit de la biomèdica, de la indústria i en general de pràcticament qualsevol àmbit de l’enginyeria. Considerant-se una projecció del futur del materials per la impressió 3D. Es treballarà amb els diferents paràmetres que afecten a les propietats mecàniques, com els paràmetres d’emplenament i l’ús de capes externes durant la impressió, per a posteriorment poder assajar-les a compressió segons la norma ASTM-D695. Paral·lelament s’analitzaran els resultats amb la finalitat de poder caracteritzar una plantilla personalitzada en 3D havent utilitzat un escàner 3D per a poder-ho modelitzar en CAD. A partir dels paràmetres d’impressió variables, es pretén trobar l’òptim resultat., Durante los últimos años la impresión 3D ha ganado relevancia. Este motivo ha hecho que la Fabricación por Filamento Fundido (FFF), la cual actualmente recibe el nombre de Material Extrusion, en inglés (MEX), se adapte en diferentes ámbitos, desde el mundo industrial hasta la investigación biomédica. El objetivo de este proyecto es la caracterización i el estudio del material termoplástico con propiedades elastómeras, en concreto el material Flexfill PEBA 90A, para estudiar la viabilidad de fabricar plantillas de zapatos con este material. Siendo el PEBA un material nuevo, flexible, con aplicaciones en el ámbito de la biomédica, de la industria y en general de prácticamente cualquier ámbito de la ingeniería. Considerándose una proyección de futuro de los materiales por la impresión 3D. Se trabajará con los diferentes parámetros que afectan a las propiedades mecánicas, como los parámetros de relleno y el uso de capas externas durante la impresión, para posteriormente poder ensayarlas a compresión según la norma ASTM-D695. Paralelamente se analizarán los resultados con el fin de caracterizar una plantilla personalizada en 3D habiendo utilizado un escáner 3D para poderlo modelizar en CAD. A partir de los parámetros de impresión variables, se pretende encontrar el óptimo resultado., Over recent years, 3D printing has gained prominence. This is why fused filament fabrication (FFF), now called the Material Extrusion (MEX), is adapted in different areas, from the industrial world to biomedical research. The aim of this project is the characterization and study of the thermoplastic material with elastomer properties, specifically the Flexfilll PEBA 90A material. PEBA is a new flexible material, with applications in the field of biomedical, industry and in general in practically any field of engineering. Considering a projection of the future of materials for 3D printing. Will be working with the different parameters affecting mechanical properties, such as fill parameters and the use of external layers during printing, tested under the ASTM-D695 standard. At the same time, the results will be analysed in order to be able to characterize a customized 3D shoe insole having used a 3D scanner to model it on CAD. Intending to found the best result from variable printing parameters.