Economía circular y minimización de residuos en la impresión 3D. Aplicación al diseño industrial

La impresión 3D es un método de fabricación emergente desde hace pocos años y que no ha dejado de crecer en campos tan diversos como el diseño de producto, joyería, medicina, odontología, industria del automóvil e incluso la construcción. La razón de su éxito es la capacidad que ofrece para la fabricación de geometrías complejas con gran precisión, en tiempos y costes mucho menores de lo que requerirían otros métodos de fabricación tradicionales. Es común, por ejemplo, en la realización directa de prototipos de verificación con gran variedad de tecnologías y materiales, creación de geometrías complejas inalcanzables en otros métodos de fabricación, o la capacidad de recrear piezas existentes. Todo ello en tiempos y costes mucho menores de lo que requerirían otros métodos de fabricación tradicionales. Esto último, por ejemplo, ha supuesto ya infinidad de proyectos que han permitido salvar máquinas y mecanismos enteros que por rotura de una sola de sus piezas hubieran tenido que ser desechados. También incentiva la producción local, evitando aumentar los ya excesivos transportes internacionales y sus respetivos niveles de contaminación que conlleva la industria desde hace años. A pesar de hacer mucho por la sostenibilidad, la impresión 3D también debe crecer respecto de estos valores y es por ello, que este Trabajo de Fin de Grado corresponde a un estudio de viabilidad en el reciclaje de los cartuchos de resina de la marca Formlabs, cuya distribución supera las 470.000 unidades al año en todo el mundo. Este proyecto, estructurado en tres bloques, trata por tanto de aplicar la economía circular en la impresión 3D, especialmente en la tecnología SLA, con los equipos y herramientas pertenecientes a la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Talleres Los Hacedores. El primer bloque, se basa en una investigación y análisis del residuo, compuesto principalmente por dos materiales: polietileno de alta densidad y polipropileno. Tras un estudio inicial de los mismos, se realiza el proceso de reciclaje y se planifica el método de fabricación que se utilizará para la transformación de la granza obtenida. El segundo bloque introduce teóricamente los métodos de fabricación aptos y accesibles para transformar el material reciclado. El primero de ellos es el moldeo por inyección en moldes impresos en resina, como técnica emergente y que permite la fabricación de prototipos y verificación en el diseño de los moldes en un tiempo y precio inviable con los métodos tradicionales. Tras las pruebas de inyección, se decide utilizar para el polietileno de alta densidad el proceso de moldeo por compresión. Ambos procesos de fabricación se utilizan para la obtención de las probetas necesarias en los ensayos de caracterización de los materiales reciclados. Por último, se lleva a cabo el diseño y fabricación de dos productos, como ejemplo de modelo de economía circular, con cada uno de los dos materiales. El polipropileno se reutiliza mediante la inyección en moldes de resina diseñados e impresos en 3D, y el polietileno de alta densidad mediante el moldeo por compresión de planchas y su posterior corte láser. -ABSTRACT- 3D printing has emerged as a manufacturing method in recent years and has continued to expand into a diverse range of fields such as product design, jewelry, medicine, dentistry, the automotive industry, and even construction. Its success can be attributed to its ability to manufacture complex geometries with great precision, in significantly shorter timeframes and at lower costs compared to traditional manufacturing methods. It is commonly used for tasks such as the direct creation of verification prototypes using various technologies and materials, producing complex geometries that are unattainable with other manufacturing methods, and the capacity to replicate existing parts. All of this is accomplished in considerably shorter timeframes and at lower costs than what traditional manufacturing methods would require. For example, 3D printing has already led to numerous projects that have saved entire machines and mechanisms from being discarded due to the breakage of a single part. It also promotes local production, reducing the need for extensive international transportation and the associated pollution levels that have plagued the industry for years. Despite its contributions to sustainability, 3D printing also has room to further align with these values. Hence, this Bachelor's Thesis focuses on a feasibility study for recycling resin cartridges from the Formlabs brand, which distributes over 470,000 units worldwide each year. This project, organized into three main blocks, aims to apply the principles of the circular economy to 3D printing, particularly in SLA (Stereolithography) technology, utilizing equipment and tools from the School of Engineering and Los Hacedores Workshops. The first block involves researching and analyzing the waste, primarily composed of two materials: high-density polyethylene and polypropylene. After an initial study of these materials, the recycling process is conducted, and a manufacturing method is planned for transforming the obtained granules. The second block introduces theoretically suitable and accessible manufacturing methods for processing the recycled material. The first method involves injection molding using molds printed in resin, an emerging technique that allows for the rapid prototyping and verification of mold designs at a time and cost that would be unattainable with traditional methods. Injection molding tests are conducted, and it is decided to use compression molding for the high-density polyethylene. Both manufacturing processes are employed to obtain the necessary specimens for characterizing the recycled materials. Lastly, the design and manufacturing of two products are carried out as examples of a circular economy model, each using one of the two materials. Polypropylene is reused through injection molding in 3D-printed resin molds, while high-density polyethylene is processed using compression molding of sheets followed by laser cutting