Las microfibras de refuerzo secundario (MFRS) desarrolladas en el proyecto, se separarán en 2 categorías. La primera categoría, con un proceso físico mecánico muy sencillo, se adicionarán al hormigón (en dosis desarrolladas en este proyecto) para mejorar las propiedades de hidratación, fisuración y resistencia al fuego de los hormigones. La segunda categoría de MFRS desarrolladas, se someterán a modificaciones químicas que mejoren su desempeño como MFRS, de manera de tener un desempeño aún mejor en las propiedades de hidratación, fisuración y resistencia al fuego de los hormigones.

Principalmente medioambiental al usar desechos en su desarrollo, mientras las MFRS sintéticas usan nuevos materiales. Adicionalmente, económica, al usar desechos que son gratis versus las MFRS sintéticas que presentan un precio elevado También técnica, ya que las MFRS propuestas tendrían (debido a su alta absorción) propiedades de curado interno que no tienen las MFRS sintéticas (nula absorción).

El despacho de hormigón en Chile fue de 6.820.584 m3 el año 2020 y sí se considera que un 3% de los hormigones están reforzados con fibras, esto abre un potencial mercado de 204.617 m3 de hormigón con fibras al año en Chile (sin considerar consumos semi industriales/artesanales de hormigón, ni otros productos como morteros que también consumen fibras).Considerando una dosis de 3 kg/m3 de MFRS, reemplazando las fibras de PP, se tendría un potencial consumo máximo de 613 toneladas al año de estas fibras sólo en hormigones industriales.

AMLAPS es un dispositivo para la fabricación de piezas a través de Manufactura Aditiva o Impresión 3D en materiales metálicos. Éste utiliza la tecnología SLM (Selective Laser Melting, o en español Fusión Selectiva y con Láser), en la que un sistema láser funde capas del polvo metálico para formar una pieza tridimensional. AMLAPS a diferencia de otras tecnologías utiliza un sistema de coordenadas polares que le permite imprimir piezas en forma continua, disminuyendo los tiempos de fabricación y aumentando la resistencia de las piezas.

• Se pueden fabricar piezas en diferentes aleaciones metálicas, como aceros al carbono, acero inoxidable, aleaciones de cromo cobalto, titanio, aluminio, incluso entre muchos otros materiales como polímeros.
• El tiempo de fabricación de las piezas fabricadas en nuestra máquina se disminuye en un 40% a 50%, en relación con los tiempos de una máquina similar con sistema de impresión cartesiano.
• Aumento de un 15% a 20% de la eficiencia energética del sistema sólo por la reducción del tiempo de fabricación (se puede mejorar aún más con cambios en el hardware).
• Disminución de las tensiones residuales de las piezas fabricadas (en proceso de demostración), lo que implica que aumente la resistencia mecánica de las piezas (mejor comportamiento en aplicaciones reales).

La fabricación de piezas a través de Manufactura Aditiva en materiales metálicos no es un invento reciente. Hace unos 25 años que la tecnología ya existe, sin embargo, en los últimos 5 años estas tecnologías han suscitado gran interés por parte de la industria manufacturera, minería, energía, espacial y aeronáutica, automotriz, forestal, entre otras.

En la actualidad existen diferentes tecnologías de Impresión 3D en metales, que logran fabricar piezas de gran complejidad y en una gran variedad de materiales. Sin embargo, existen dos grandes problemas que la tecnología no ha logrado resolver efectivamente: Aumentar la velocidad de impresión y fabricar piezas de gran volumen.

Es en la UC, donde nace la oportunidad para resolver al menos una de las grandes problemáticas a través de AMLAPS. A través de un trabajo de tesis magíster comienza el desarrollo de esta iniciativa para lograr nuevos avances en la Impresión 3D.

¿Cómo AMLAPS logra resolver el problema de velocidad? Nuestro prototipo se basa en la tecnología actual de uso de polvos metálicos y un láser para lograr la fusión de las partículas, sin embargo, los polvos se depositan en una cámara en forma de espiral (coordenadas polares).

Actualmente, todas las tecnologías usan capas en un sistema cartesiano, lo que obliga a la interrupción del láser (cuando se deposita el polvo en un plano) limitando la velocidad máxima de fabricación. AMLAPS lograría reducir entre un 40% a 50% los tiempos de fabricación. Esto, en conjunto con otras medidas, tendrá el efecto secundario de aumentar la resistencia mecánica de las piezas.

El proyecto consistió en desarrollar una tecnología para la fabricación de MFC con polaridad controlada, para su posterior aplicación como aditivo reforzante en resinas, tanto hidrofílicas como hidrófobicas. Para ello, se esterificó controladamente, mediante acetilación, la superficie de las MFC, para cambiar su polaridad superficial y optimizar su compatibilidad con matrices de naturaleza química diversa. Luego, se demostró la capacidad reforzante de las MFC reforzadas en resinas adhesivas del tipo urea-formaldehido (UF) y en resinas plásticas del tipo polipropileno (PP).

• Las características físicas y químicas de las MFC producidas durante el proyecto permite dispersarlas homogéneamente en matrices poliméricas hidrofóbicas, a diferencia de MFC convencionales, cuya polaridad las hace incompatibles con estos materiales. Si bien existen propuestas similares mencionadas en la literatura técnica, el producto desarrollado destaca por su bajo costo y mejor desempeño reforzante en polímeros de distinta polaridad.
• En cuanto al proceso desarrollado, su principal atributo diferenciador es que permite una sustitución homogénea de grupos hidroxilo presentes en las MFC, a diferencia de procesos convencionales que son difíciles de controlar. De hecho, una acetilación de macrofibras suele ser heterogénea, con una sustitución preferente a nivel superficial, lo que perjudica las propiedades de las microfibrilas. Por su parte, una fibrilación a nivel micro y nanométrico permite aumentar la homogeneidad del material, mejorando sus propiedades, facilitando su dispersabilidad en resinas termorrígidas y termoplásticas.
• Los plásticos reforzados con el producto desarrollado muestran una mayor elasticidad que sus equivalentes sin modificación, cuya incorporación a matrices plásticas suele deteriorar las propiedades mecánicas del material.
• Las MFC son capaces de mejorar notoriamente las propiedades adhesivas de resinas ureicas comerciales. Esto permite reducir la dosificación de adhesivo requerida para la manufactura de tableros de partículas, sin perjudicar sus propiedades mecánicas.

Industria de transformación de plásticos
La adición de MFC acetiladas permite mejorar las características del material frente a esfuerzos de tracción, lo que se traduce en una mayor resistencia a la ruptura. Este mejoramiento es de especial interés para empresas transformadoras de plásticos y de usuarios que requieren PP con mejores prestaciones mecánicas. La única empresa productora de PP en el país, Petroquim S.A., ha manifestado interés en esta tecnología.

Industrias de resinas adhesivas
Un aumento en el grado de acetilación mejora el efecto reforzante de las MFC, resultando en un incremento en la resistencia mecánica de resinas adhesivas. Este efecto ha llamado la atención de la empresa Resinas del Bío-Bío S.A., la que ha mostrado interés en el producto. Su intención es aprovechar el efecto reforzante y el bajo costo de las MFC, para generar un nuevo producto que permita reducir la dosificación de resina adhesiva requerida en la fabricación de tableros reconstituidos de madera.