Evaluación de materiales compuestos avanzados en impresión 3D para el diseño mecánico y prototipado en la industria de manufactura : [recurso electrónico] / José Manuel Sámano Ruiz ; director, Mario Alberto Curiel Álvarez ; codirectora, Mariela Domínguez Osuna.

Maestría en Ingeniería

Tesis (Maestría) Universidad Autónoma de Baja California. Instituto de Ingeniería, Mexicali, 2026.

incluye referencias bibliográficas p. 146-151

RESUMEN
La presente tesis analiza el desempeño de materiales compuestos avanzados empleados en tecnologías de impresión 3D por modelado por deposición fundida (FDM), con el propósito de ser utilizados como alternativa para el diseño mecánico y prototipado industrial en el contexto de la industria manufacturera de Baja California. Ante el limitado uso de materiales avanzados en procesos de manufactura aditiva dentro de las pequeñas y medianas empresas, esta investigación aborda la necesidad de contar con criterios técnicos que permitan seleccionar materiales con propiedades mecánicas y térmicas superiores a los polímeros convencionales.
El estudio se centró en la caracterización comparativa de cuatro filamentos compuestos: fibra de carbono, fibra de vidrio al 10%, fibra de vidrio al 25% y fibra de vidrio combinada con policarbonato. Para ello, se diseñó un modelo experimental que incluyó la fabricación de especímenes normalizados mediante impresión 3D y su evaluación a través de ensayos mecánicos de tracción, así como análisis termogravimétricos (TGA) para determinar la estabilidad térmica y el contenido real de refuerzo en cada material.
Los resultados obtenidos permitieron identificar diferencias significativas en el comportamiento mecánico de los materiales evaluados. El filamento reforzado con fibra de carbono presentó los valores más altos de resistencia y rigidez, posicionándose como la opción más apta para aplicaciones donde se requieren altas prestaciones estructurales. En contraste, los compuestos con fibra de vidrio demostraron una relación equilibrada entre resistencia, costo y facilidad de impresión, destacando el filamento con mayor porcentaje de refuerzo por su mayor estabilidad dimensional. Por su parte, el filamento de fibra de vidrio con policarbonato mostró un desempeño superior en términos de tenacidad y resistencia térmica, lo que lo hace adecuado para entornos sometidos a temperaturas elevadas o esfuerzos dinámicos.
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Asimismo, se observó que los parámetros de impresión influyen de manera determinante en el desempeño final de las piezas, siendo factores críticos la temperatura de extrusión, la orientación de las capas y la densidad de relleno. El análisis termogravimétrico evidenció que existen variaciones entre el porcentaje de refuerzo declarado por los fabricantes y el contenido real de fibra, lo cual impacta directamente en el rendimiento mecánico del material.
Como resultado de esta investigación, se establecieron criterios técnicos de selección de materiales orientados a facilitar la toma de decisiones en el ámbito industrial, favoreciendo la integración de manufactura aditiva como herramienta estratégica para el prototipado funcional. Finalmente, se concluye que el uso de materiales compuestos avanzados en impresión 3D tiene un alto potencial para incrementar la competitividad de la industria manufacturera regional, promoviendo la adopción de tecnologías propias de la Industria 4.0 y abriendo nuevas oportunidades para el diseño y desarrollo de productos de alto valor agregado.