Maestría en Ingeniería - Materiales y Procesos

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Obtención y evaluación de las propiedades mecánicas y químicas del caucho natural epoxidado
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Garzon Gualteros, Brayan Alejandro; Boyaca Mendilvelso, Luis Alejandro; Garzon Gualteros, Brayan Alejandro [0009-0000-8422-0534]
El presente trabajo abordó la obtención de caucho natural epoxidado (ENR) mediante un proceso de epoxidación, utilizando látex centrifugado de bajo contenido de amonio como materia prima. La reacción se llevó a cabo empleando ácido fórmico al 85 %, peróxido de hidrógeno al 50% como agente epoxidante, un surfactante no iónico (alcohol etoxilado) y agua destilada como medio de reacción. La mezcla fue sometida a agitación constante durante aproximadamente 4 horas a una temperatura de 50 °C, seleccionada con base en referencias bibliográficas para evitar la formación de reacciones secundarias no deseadas. Tras finalizar la epoxidación, se realizó la coagulación del látex epoxidado para obtener el caucho natural sólido, el cual fue secado y caracterizado para verificar la incorporación del grupo oxirano. Para este propósito, se empleó la técnica analítica ATR-FTIR (espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier con reflectancia total atenuada), que permitió identificar con precisión la presencia del anillo epóxido a través de sus bandas características. Adicionalmente, mediante la ecuación de Lambert-Beer, se determinó un grado de epoxidación del 35 %. Una vez obtenido el ENR, se prepararon formulaciones a escala de laboratorio para su comparación con caucho natural no modificado (NR) y con copolímero de acrilonitrilobutadieno (NBR) al 33% de acrilonitrilo. Para ello, se diseñaron compuestos vulcanizables mediante la incorporación de los aditivos químicos necesarios. Las propiedades mecánicas evaluadas incluyeron esfuerzo de tensión, módulo, elongación y resistencia al desgarre, tanto en estado inicial como tras la inmersión en aceite ASTM No. 903 y el envejecimiento térmico a 70°C durante 70 horas. Asimismo, se realizaron ensayos de deformación permanente por compresión (DPC) a 70°C durante 22 horas y pruebas de abrasión. Los resultados indicaron que el caucho natural epoxidado presentó mejoras significativas en las propiedades mecánicas en comparación con el caucho natural y el NBR. (Texto tomado de la fuente)
Estudio biomecánico de la articulación coxofemoral con y sin displasia de cadera mediante el método de los elementos finitos
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-04-21) Homez Lopez, Oswaldo Iván; Narváez Tovar, Carlos Alberto; López Vaca, Oscar Rodrigo; Modelado y Métodos Numéricos en Ingeniería (GNUM)
La displasia del desarrollo de cadera es una patología biomecánica que altera la morfología y función de la articulación coxofemoral. Comprender su impacto en la biomecánica de la cadera es fundamental para desarrollar estrategias de diagnóstico y tratamiento. En este estudio, se analizó la biomecánica de la articulación coxofemoral con y sin displasia mediante reconstrucciones tridimensionales basadas en imágenes diagnósticas de infantes con una edad aproximada de 4 años, considerando variaciones en el índice acetabular y el ángulo centro-borde para representar distintos grados de displasia. Se desarrolló un modelo musculoesquelético para evaluar la distribución de esfuerzos y presiones en la cavidad acetabular, con especial énfasis en el comportamiento del cartílago trirradiado, mediante simulaciones por el método de elementos finitos. Los resultados indicaron que los modelos con valores patológicos de índice acetabular y ángulo centro-borde presentaron mayores concentraciones de esfuerzo en la región superior de la cavidad acetabular. Además, se identificó una reducción en la estimulación osteogénica en el frente de osificación ilion para valores patológicos, lo que podría afectar el desarrollo del acetábulo. Estos hallazgos permiten comprender mejor la relación entre la morfología acetabular y la mecanobiología del cartílago en pacientes con displasia de cadera, proporcionando una base para futuras investigaciones sobre la biomecánica de esta patología y su tratamiento. (Texto tomado de la fuente).
Análisis y mejora de la interfaz de las superficies entre concreto refractario alta alúmina en uso y vaciado de concreto refractario alta alúmina nuevos
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-09-03) Tocarruncho Aguirre, Jessica Natalia; Monsalve Arias, Monica Johana; Mesa Toro, Carlos Mario; Jessica Natalia Tocarruncho Aguirre [0000000170920214]
El uso de materiales refractarios en la industria que contiene procesos térmicos, representan un rubro importante en los costos de una empresa por el mantenimiento continuo que este debe tener, debido a los ataques que se presentan durante la operación y por los ambientes agresivos en los que están expuestos (abrasivos, choque térmicos, ataques químicos, entre otros); este costo no solo se ve en la reposición del material, sino en el costo de mano de obra y pérdida en producción por tener un equipo fuera de operación. En la actualidad se intenta mitigar el paro de equipo para reparaciones y se realiza recuperación de espesores con proyección de concreto refractario (gunning o shotcrete). Sin embargo, esto necesita de equipos especiales y personal calificado en ese tipo de instalaciones. Si finalmente se realiza la reparación total del revestimiento, al terminar la intervención se generan desperdicios resultado de las demoliciones y en su mayoría estas no son aprovechables, terminando en contaminación al medio ambiente. Buscando alternativas para mejorar la problemática expuesta, esta investigación evalúa la recuperación de espesores de concretos refractarios alta alúmina sin necesidad de requerir equipos específicos ni comprometiendo sus propiedades mecánicas. Por ello, se modificó la interfaz superficial entre un concreto refractario usado y uno nuevo, realizando modificaciones de tipo mecánicas y químicas con el uso de sílica coloidal (SC) de varias concentraciones, cumpliendo con las normas de American Society for Testing and Materials (ASTM). Se tomaron 30 probetas segmentadas, 15 con tratamiento mecánico superficial y 15 sin tratamiento mecánico superficial, pero en su totalidad sometidas a tratamiento superficial químico con los 3 tipos de sílicas coloidales (30, 40 y 50%wt). Se realizó ensayo de módulo de ruptura para comprobar la adherencia superficial que se daba luego del tratamiento térmico, revisando el tipo de fractura y si el valor resultante del ensayo de flexión era igual o superior al mínimo aceptado. Se efectuó la verificación de las superficies de las fracturas de las probetas con inspección visual en microscopio electrónico de barrido (SEM). Se encontró que el tratamiento mecánico superficial debe prevalecer sobre el tratamiento químico en la interfaz, ya que, el valor promedio de módulo de ruptura que se obtuvo cumple sobre el valor mínimo requerido. Las probetas tratadas químicamente con sílica coloidal al 40%wt obtuvieron mejor promedio de módulo de ruptura, frente a las otras concentraciones. (Texto tomado de la fuente).
Influencia de puzolana natural en la fabricación y comportamiento mecánico de un ladrillo de arcilla roja tradicional
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Rojas Castro, Paula Daniela; Monsalve Arias, Mónica Johana; Espejo Mora, Edgar; Grupo de Investigación Afis (Análisis de Fallas, Integridad y Superficies)
La presente investigación se centra en materiales cerámicos, específicamente en arcilla roja y puzolana natural; las cuales son materias primas esenciales para la elaboración de mampostería estructural, un ejemplo de cerámica tradicional en Colombia. El objetivo principal del estudio es analizar la influencia de la puzolana natural en la fabricación de ladrillos tradicional de arcilla roja, con énfasis en dos diferentes temperaturas de sinterización. Se caracterizan las materias primas y se analizan propiedades importantes como resistencia mecánica y absorción en prototipos de ladrillo de arcilla prensados con distintos porcentajes de puzolana natural. Para esto se utilizan técnicas de caracterización de materiales como difracción de rayos X (DRX), fluorescencia de rayos X (FRX) y microscopia electrónica de barrido (SEM) en las materias primas y en los prototipos de ladrillo. Esto nos permite entender el comportamiento de las muestras a escala microscópica y cómo reaccionan ante la adición de puzolana natural variando la temperatura y bajo una condición especifica de tamaño de grano inferior a 200 micrómetros (µm); se encontró un aumento relevante en la resistencia a la compresión y flexión, al presentar temperatura de sinterización de 1160°C, así como un incremento en la capacidad de absorción de agua. Esta investigación proporciona información valiosa para el sector de ciencia de materiales especializado en cerámicos, permitiendo dejar el trabajo empírico que caracteriza el sector y fortaleciendo la base de conocimiento sobre del comportamiento de materiales cerámicos. (Texto tomado de la fuente).
Producción, caracterización y resistencia a la corrosión de recubrimientos de TiAlZrTaNbN con potencial aplicación en la industria Biomédica e Industrial
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-08-21) Gonzalez Avila, Ingrid Johana; Olaya Florez, Jhon Jairo; (Piamba Tulcan, Oscar Edwin); Grupo de Investigación en Corrosión, Tribologia y Energía
El objeto de estudio de esta investigación son los recubrimientos de nitruro de TiAlZrTaNb sobre la superaleación Haynes 282 y la aleación de Ti6Al4V, los cuales fueron depositados mediante la técnica de pulverización catódica con magnetrón por impulso de alta potencia (HiPIMS) con una variación de la polarización del sustrato de 0 V a −75 V y una presión de trabajo de 0,3 Pa a 0,7 Pa. Se investigó el efecto de la polarización del voltaje de sustrato Bias y la presión de trabajo sobre la resistencia a la corrosión mediante métodos electroquímicos en las películas. La microestructura, morfología y composición química de los recubrimientos se analizaron mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de rayos X de energía dispersiva. La porosidad de la muestra y la resistencia a la corrosión se caracterizaron mediante métodos electroquímicos, en específico, a partir de pruebas de impedancia electroquímica (EIS) y de polarización potenciodinámica empleando una solución de NaCl al 3,5 % en peso y suero fisiológico. Los resultados sugieren que las películas pueden ser consideradas como aleaciones de alta entropía, nanoestructuradas, policristalinas y que su resistencia a la corrosión es afectada principalmente por la presión de trabajo en la cámara. Por último, se describe el mecanismo de corrosión en las películas depositadas sobre cada uno de los sustratos. (Texto tomado de la fuente)
Resistencia a la corrosión del recubrimiento TiAlTaZrNbN en acero AISI 304 con potencial aplicación en la industria de alimentos
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Castañeda Beltran, Maria Camila; Olaya Floréz, Jhon Jairo; Piamba Tulcán, Oscar Edwin
En el presente estudio se investigan las propiedades estructurales y la resistencia a la corrosión del recubrimiento de alta entropía TiAlTaZrNbN, depositado sobre un sustrato de acero AISI 304, material comúnmente usado en la industria alimentaria. Se empleó la técnica de pulverización catódica con magnetrón de impulso de alta potencia (HiPIMS) para la deposición del recubrimiento. La caracterización del recubrimiento se realizó a través de diferentes métodos analíticos. La estructura cristalina y las fases presentes en el recubrimiento fueron determinadas por medio de la técnica de difracción de rayos X (XRD), mientras que la composición química se determinó por medio de la espectroscopía de energía dispersada (EDS). La morfología del recubrimiento se examinó utilizando microscopía electrónica de barrido (SEM), y la rugosidad de la superficie se evaluó a través de microscopía confocal. Por otro lado, se estudió el comportamiento del recubrimiento ante la corrosión en tres electrolitos a temperatura ambiente: solución de ácido acético, de ácido cítrico y agua de grifo, utilizando técnicas de polarización potenciodinámica (PDP) y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS). Los resultados indicaron que el recubrimiento TiAlTaZrNbN presenta una estructura densa y homogénea, con una composición equilibrada de los elementos constitutivos. La caracterización mediante XRD reveló la presencia de fases cristalinas FCC, que contribuyeron significativamente a su destacada resistencia a la corrosión. Además, el recubrimiento demostró un excelente comportamiento ante la corrosión en los electrolitos de ácido acético y ácido cítrico (simulando alimentos con pH ≤ 4.5), evidenciando una disminución considerable en la densidad de corriente (Icorr) y un desplazamiento hacia valores más positivos del potencial de corrosión (Ecorr). También se observó una resistencia a la polarización mayor en contraste con el sustrato sin recubrimiento. Estos resultados proporcionan una valiosa perspectiva sobre las propiedades del recubrimiento TiAlTaZrNbN y su potencial aplicación en entornos que simulan condiciones alimentarias, lo que puede contribuir significativamente a mejorar la durabilidad de componentes utilizados en el sector alimentario (Texto tomado de la fuente).
Caracterización del comportamiento al desgaste abrasivo de tres cuerpos en materiales fabricados aditivamente con fibras continuas de carbono
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Rojas Cuellar, Steven; Narváez Tovar, Carlos Alberto; Espejo Mora, Edgar; Grupo de Innovación en procesos de manufactura e investigación en Materiales - IPMIM
El objetivo de esta tesis de maestría es caracterizar el comportamiento al desgaste abrasivo de tres cuerpos en materiales fabricados aditivamente con fibras continuas de carbono. Para ello, se utiliza un tribómetro de rueda de caucho y arena seca bajo la norma ASTM G65. Los materiales seleccionados incluyen Nylon y Onyx® reforzados con fibra continua de carbono, escogidos por sus propiedades mecánicas proporcionadas por el fabricante de la impresora Markforged y por su amplia aplicación en la industria. Se realiza un diseño de experimentos completamente al azar (DCA) para analizar los resultados de las pruebas de desgaste respecto a la orientación de las fibras de refuerzo (0°, 90°, 45°-135°, isotrópica y sin fibra). Se observa que la adición de fibras continuas de carbono mejora significativamente la resistencia al desgaste de las probetas reforzadas, independientemente de su orientación, lo que se corrobora mediante resultados de ANOVA y pruebas de medias de Tukey y T-test con corrección de Bonferroni. El estudio incluye una evaluación de la dureza de las probetas, donde se evidencia que las fibras de carbono contribuyen a la dureza del material, reduciendo la penetración de la punta del durómetro, mostrando una mayor resistencia al desgaste y menor deformación plástica. En términos de rugosidad superficial, se observa que el desgaste afecta principalmente las capas superficiales de Nylon, se evidencia que no hay diferencia entre la rugosidad de las probetas con fibra de refuerzo contra las probetas sin fibra de refuerzo. Los parámetros de impresión, como la altura de capa, el refuerzo de fibra continua de carbono, el relleno triangular al 37% de densidad y dos anillos de pared, demostraron ser un complemento estructural adecuado en la prueba de desgaste. La configuración utilizada en este estudio, con la densidad recomendada por el fabricante de la impresora y el relleno triangular, logró preservar la probeta en su integridad estructural sin necesidad de aumentar la densidad del patrón estructural. Las observaciones con microscopía electrónica de barrido (SEM) revelan mecanismos de abrasión típicos de desgaste a tres cuerpos, como desprendimiento de material causado por la fricción a tres cuerpos, generando agujeros por arrastre de material debido a las virutas generadas por micro grietas observadas a 5000X. Estos hallazgos son consistentes con estudios previos que muestran la importancia de la inclusión de las fibras en la resistencia al desgaste de materiales impresos 3D con tecnología CFF. (Texto tomado de la fuente).
Deposición y caracterización de películas de DLC dopadas con nanopartículas de plata
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Guamanga Valencia, Leidy Johanna; Capote Rodriguez, Gil; Gutierrez Bernal, Jesus Manuel; Grupo de Ciencia de Materiales y Superficies
Esta investigación empleó la nanotecnología como pilar para la elaboración de recubrimientos duros de Diamond Like Carbon (DLC) mediante la técnica de PECVD y lograr así el estudio de las propiedades microestructurales, mecánicas, tribológicas, anticorrosivas y bactericidas de dichos recubrimientos dopados con nanopartículas de plata. Se usaron nanopartículas de plata con tamaños entre 10 y 50 nm en una suspensión de hexano. Esta suspensión se obtuvo mediante el proceso de agitación bajo diferentes condiciones en un equipo de ultrasonido de alta potencia. Este proceso permitió la integración de las nanopartículas de plata en las películas de DLC depositadas sobre sustratos de aleación de titano Ti6Al4V. Los recubrimientos se caracterizaron mediante diversas técnicas, para determinar los cambios en las propiedades microestructurales, mecánicas, tribológicas, bactericidas y anticorrosivas (Texto tomado de la fuente).
Caracterización de un proceso de manufactura aditiva por extrusión de un biopolímero y definición de su potencial uso como dispositivo para transporte de fármacos
(Universidad Nacional de Colombia, 2020) Bacca González, César Augusto; Cordoba Nieto, Ernesto; Vallejo Díaz, Bibiana Margarita; Bacca, Augusto [0000000348684619]; Investigación en Procesos de Transformación de Materiales Para la Industria Farmacéutica
Se propone el diseño, instalación y caracterización de una plataforma de manufactura aditiva experimental robotizada, para la fabricación de dispositivos de biopolímeros de almidones de yuca y maíz, en estado gelatinizado, con diferentes proporciones de agua y glicerina. En la etapa de exploración inicial, se seleccionaron los principales componentes del extrusor (diámetro de boquilla de 0,8 mm) y fueron definidas las dieciocho mezclas, con los factores: tipo de almidón (yuca y maíz), porcentaje de almidón (15%, 20% y 25%) y porcentaje de glicerina (respecto al contenido de base seca: 0%, 15% y 30%). Se usaron bancos de prueba, para identificar los parámetros de ajuste del proceso, se determinó la respuesta de las mezclas en cinco niveles de velocidad del extrusor, y dos niveles de presión en el tanque reservorio, estableciendo las condiciones para determinar el valor promedio de tasa de material extruido en 0,360 g/min, para los dos grupos de almidones, y como consecuencia a ese resultado se obtuvieron los rangos de velocidades de extrusión para el grupo de almidón de yuca en 655 mm/min y 404 mm/min para el grupo de almidón de maíz. En la caracterización mecánica de los dispositivos, se encontró que la mezcla de agua destilada con almidón de yuca (20%) y glicerina (15%), presentaron la mejor respuesta al esfuerzo mecánico. Finalmente se examina el potencial uso de un dispositivo (seleccionado por la mejor respuesta de resistencia mecánica), como medio de transporte y liberación de un compuesto activo (Diclofenaco sódico) (Texto tomado de la fuente).
Evaluación de las propiedades anticorrosivas y microestructurales de recubrimientos nano estructurados de (Ti, Cr, Al, Si) N depositados mediante la técnica de co-sputtering
(Universidad Nacional De Colombia, 2024-09-13) Jimmy René, Junco Castro; Olaya Florez, Jhon Jairo; Piamba Tulcán, Oscar Edwin; https://scienti.colciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001730209; https://scholar.google.com/citations?user=7Svyek4AAAAJ&hl=es; Junco Castro, Jimmy René [0000000150331797]; Grupo de Investigación en Corrosión, Tribologia y Energía
La corrosión es un fenómeno electroquímico responsable del deterioro prematuro de una gran parte de componentes mecánicos, se conduce gran número de investigaciones en este campo en busca de reducir las pérdidas provocadas por este fenómeno. Una de las áreas en las cuales se investiga con gran interés son los recubrimientos depositados vía PVD. Debido a que estos muestran una excelente resistencia mecánica, además de exponer otras propiedades de interés dependientes de su composición química, pueden existir tantos tipos de recubrimientos como mezclas de elementos se ocurran, pero solo con la selección correcta de elementos y parámetros de deposición es posible obtener un resultado optimo en sus características. Un recubrimiento de tipo nitruro es aquel en el cual está presente el nitrógeno, además, cerca del 50% en su composición es este mismo. Para esta investigación se estudió una composición química conformada por 5 elementos Cr, Ti, Si, Al y N. para el proceso de deposición se utilizó la técnica de magnetrón co-sputtering reactivo alimentado con fuentes HIPIMS. Se seleccionaron herramientas de metal duro con fase cobalto debido a su extendido usa en la industria metalmecánica. El objetivo principal de este estudio fue investigar la resistencia a la corrosión, relacionarla con la microestructura y la composición química. Para la deposición de las películas se varió el contenido de silicio buscando variar la composición atómica de la capa. Se usaron dos blancos uno de TiAL 50-50 y uno de Cr ambos de alta pureza. La composición química fue estudiada por medio de las técnicas XPS (espectroscopía de fotoemisión de rayos X), EDS (espectroscopía de energía dispersada) y XRF (fluorescencia de rayos X), la estructura cristalográfica se estudió por medio de DRX (difracción de rayos X), la microsestructura por SEM (microscopia electrónica de barrido) y AFM (microscopia de fuerza atómica), la resistencia a la corrosión fue evaluada por medio de polarización potenciodinámica y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). En la investigación se logró depositar los recubrimientos con buena adherencia y resistencia mecánica, luego de ello se procedió a caracterizarlos y correlacionar sus propiedades con la estructura. (Texto tomado de la fuente)
Efecto de los parámetros geométricos de la celda unitaria TPMS y los parámetros de impresión por fotopolimerización en la rugosidad superficial de scaffolds para cultivo de tejido óseo in vitro
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Ramírez Rodríguez, Carlos Andrés; Narváez Tovar, Carlos Alberto; Garzón Alvarado, Diego Alexander; Ramirez Rodriguez, Carlos Andres [0000-0001-6592-9804]; Innovación en Procesos de Manufactura E Ingeniería de Materiales (Ipmim); laboratorio de Biomiméticos: Grupo de Mecanobiología de Órganos y Tejidos
El objetivo principal de esta investigación es determinar el efecto de los parámetros geométricos de la celda unitaria TPMS y los parámetros de impresión por procesos de fotopolimerización en la rugosidad superficial de scaffolds que puedan ser utilizados en cultivo de tejido óseo in vitro. La metodología seguida abarcó la definición de los requerimientos fundamentales para los scaffolds empleados en cultivo de tejido óseo in vitro, la determinación de los parámetros geométricos y dimensionales de las celdas unitarias estudiadas; esto por medio de mapas de manufacturabildiad calculados, considerando las dos formas de construir las celdas TPMS (Walled y Offset), el tamaño de poro adecuado, la porosidad y las condiciones de manufacturabilidad dadas por la permeabilidad y la construcción de espesores delgados mediante el proceso de fotopolimerización MSLA. Posteriormente se realizó la fabricación y medición de la rugosidad superficial de acuerdo con el diseño experimental de Taguchi definido con un arreglo L9; y por último, se desarrolló el análisis estadístico para identificar el efecto que tienen los factores estudiados sobre la rugosidad superficial medida en Sa y Ra. Los resultados indicaron que el Giroide, especialmente el Giroide Walled, tiene el mayor espacio de diseño. Sin embargo, se destacó que el Giroide Offset demostró ser más eficiente en la construcción de espesores delgados y presentó una mayor permeabilidad en comparación con las demás TPMS estudiadas. Luego de un estudio exploratorio y su posterior análisis, se definieron los factores específicos para la investigación que corresponden a: el tamaño de celda unitaria, con niveles de 1,5 mm, 1,75 mm y 2,0 mm, el Offset con niveles de -0,2 mm, -0,1 mm y 0,0 mm, por último, el espesor de capa con niveles de 0,03 mm, 0,05 mm y 0,1 mm. Los valores de la rugosidad superficial Sa obtenidos oscilan, en promedio, entre 10,2 y 29,5 µm. Los valores de Ra en dirección longitudinal (RaL) oscilan, en promedio, entre 7,45 y 24,35 µm, mientras que los de Ra en dirección transversal (RaT) la hacen, entre 2,71 y 5,95 µm. Del análisis de estos resultados se evidenció que existe un cambio en el valor de la rugosidad superficial entre tratamientos; es decir, existe influencia de alguno de los factores. Además, los tratamientos se pueden agrupar según el espesor de capa, es decir, aquellos que comparten el mismo espesor de capa muestran resultados muy cercanos. De forma general, se observó que la variabilidad de los datos aumenta con el espesor de capa. Las pruebas estadísticas aplicadas mostraron que el espesor de capa es el único factor que afecta significativamente las variables Sa y RaL. Sin embargo, para RaT, tanto el tamaño de celda unitaria como el espesor de capa son significativos. En conclusión, se establece que el espesor de capa es el factor más influyente en la rugosidad superficial, independientemente de la dirección de medición (Texto tomado de la fuente).
Diseño de la estructura interna de un andamio (scaffold) para tejido óseo
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-09-09) Toro Toro, Lina Fernanda; Garzón Alvarado, Diego Alexander; Velasco Peña, Marco Antonio; Toro Toro, Lina Fernanda [https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001720717]; Toro Toro, Lina Fernanda [0000-0002-0979-3241]; Gnum Grupo de Modelado y Métodos Numericos en Ingeniería
La ingeniería de tejidos óseos busca la regeneración de tejido óseo dañado o perdido. Los scaffolds son estructuras tridimensionales que proporcionan un andamiaje para el crecimiento de células y tejidos. Los avances en las tecnologías de manufactura aditiva (MA) han facilitado la fabricación de scaffolds complejos y personalizados. Este estudio evaluó el diseño y fabricación de scaffolds para ingeniería de tejido óseo basados en la arquitectura interna del hueso. Se utilizaron geometrías de poliedros y diagramas Voronoi con tamaños de celdas de 1.500 µm a 1.250 µm y trabéculas de 200 µm a 250 µm. Los scaffolds se fabricaron mediante estereolitografía (SLA). Se evaluó la precisión geométrica y dimensional de los scaffolds comparando el modelo CAD, STL y MA, así como su rugosidad superficial y propiedades mecánicas. Los resultados mostraron que las geometrías fabricadas presentaban poros cerrados en las esquinas entre celdas y en el centro de la celda unitaria. Esto se debe al proceso de manufactura, el tamaño de la celda y la complejidad geométrica. Los scaffolds se sometieron a ensayos a compresión para evaluar su viabilidad como sustituto óseo. Los resultados mostraron que la geometría del octaedro truncado con tamaño de celda de 1.250 µm y tamaño de trabécula de 250 µm presentó los valores más altos del módulo elástico, esfuerzo y deformación. por último, se evalúa los scaffolds por análisis de elementos finitos (FEA) para comparar con los resultados experimentales y encontrar la geometría adecuada para el hueso trabecular. (Texto tomado de la fuente).
Diseño, fabricación y caracterización de un dispositivo coadyuvante para el tratamiento de hernias discales
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Rosero Alzate, Erika Lorena; Clavijo Grimaldo, Aleida Dianney; Narvaez Tovar, Carlos Alberto; Rosero Alzate, Erika Lorena [0000000349285345]
Los tratamientos terapéuticos y quirúrgicos actuales para el tratamiento de hernias discales no representan soluciones eficaces debido a que sus efectos, en la mayoría de los casos, solo tienen resultados a corto y mediano plazo. Además, generan reacciones adversas y contraproducentes como incremento del dolor, inflamación, infecciones y fallas en las prótesis que llevan a repetidas intervenciones quirúrgicas. Esta investigación busca contribuir al estudio de estas lesiones, generando dos dispositivos coadyuvantes para el tratamiento de las hernias discales con el fin de mejorar la adaptabilidad de la prótesis al huésped y reducir los efectos adversos. Para esto se diseñaron y fabricaron dos prototipos de discos intervertebrales, elaborados por manufactura aditiva (FDM) y cubiertos mediante electrospinning con PCL y CBD. Los prototipos fueron caracterizados mecánicamente mediante ensayos de compresión; morfológicamente, con microscopia SEM; químicamente, con NIR. Adicionalmente, se evaluó la biocompatibilidad utilizando la prueba de ángulo de contacto. Los resultados de la caracterización mecánica dieron una respuesta a la carga similar la de los discos intervertebrales humanos con ambos diseños. Así mismo, se logró recubrir los prototipos elaborados con el medicamento, lo que permitió determinar que el TPU modifica el tamaño y en la cantidad de fibras y de CBD depositadas debido a que es un material con características aislantes. Por esta razón se sugiere realizar nuevas investigaciones que permitan mejorar el comportamiento aislante y la biocompatibilidad de los dispositivos (Texto tomado de la fuente).
Viabilidad técnica de un subproducto natural como inhibidor de corrosión del acero de refuerzo en concretos adicionados con humo de sílice
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Acevedo Velásquez, Carlos Felipe; Lizarazo Marriaga, Juan Manuel; Zea Ramírez, Hugo Ricardo; https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001752113
En la actualidad, el concreto reforzado es el material de construcción más utilizado a nivel mundial debido a sus propiedades mecánicas, durabilidad y precio. Sin embargo, en regiones costeras, la presencia de cloruros hace que sea necesario el uso de aditivos inhibidores de corrosión. Los inhibidores de corrosión verdes (GCI, por sus siglas en inglés) se han estudiado con el propósito de reemplazar el uso de químicos contaminantes y así reducir el impacto medioambiental. En esta investigación tuvo como objetivo estudiar la viabilidad técnica de inhibidores de corrosión verdes obtenidos a partir de la semilla del Persea americana. Para este propósito se buscó garantizar una precisión metodológica en la fabricación de las probetas incluyendo el tratamiento mecánico abrasivo superficial de las barras de acero y la preservación de la misma granulometría en las probetas cilíndricas de concreto, procurando reducir la influencia de variables externas. Se emplearon técnicas electroquímicas, utilizando un potenciostato Gamry Ref. 620 para evaluar las propiedades electroquímicas de las probetas sumergidas en una solución de cloruro de sodio al 3%. Se llevaron a cabo ensayos de Resistencia de Polarización Lineal (LPR, por sus siglas en inglés) y Espectroscopía de Impedancia Electroquímica (EIS, por sus siglas en inglés), entre otras pruebas complementarias. Los resultados muestran que al aplicar procesos de separación físicos y químicos a la semilla del Persea americana, se obtuvieron subproductos con propiedades inhibidoras de corrosión que prolongan la vida útil del concreto reforzado. En conclusión, los resultados de este estudio validan la viabilidad de utilizar estos subproductos del aguacate como una alternativa sostenible a los aditivos comerciales. (Texto tomado de la fuente).
Influencia de la rugosidad superficial y la macrogeometría sobre la calidad del ajuste entre tornillo de fijación e implante en prótesis implanto-soportadas
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Roberto Vargas, Eliana Marcela; Cortés Rodríguez, Carlos Julio; Sarmiento Delgado, Martha Lucía; Sarmiento; Grupo de Investigación en Biomecánica
Grandes empresas internacionales como MIS se dedican al diseño y manufactura de componentes protésicos con procesos estandarizados y controles de calidad. En Colombia existen centros de torneado que fabrican tornillos de fijación que aseguran ajustarse adecuadamente a los implantes originales, sin embargo, no existen evaluaciones ni estándares para ser certificados como contratipos. El objetivo de este estudio es evaluar la calidad de ajuste de tornillos de fijación obtenidos por CAD/CAM de dos centros de torneado nacionales sobre implantes dentales y análogo originales. Para esto se hace la caracterización de 5 parámetros macrogeométricos y 12 parámetros de rugosidad con Alicona InfiniteFocus G5 para 9 tornillos de fijación, 2 implantes y un análogo, análisis de tolerancias dimensionales bajo ISO 965-1. El análisis estadístico bajo prueba T para dos muestras asumiendo varianzas desiguales (α=0.05); y finalmente un ensamble tornillo-implante para percibir el ajuste y generar la propuesta de características de manufactura para los centros de torneado CNC. El análisis de tolerancia y la prueba T indican que tornillos CT2 presentan menor compatibilidad con los tornillos MIS, excediendo el ángulo y longitud roscada de los implantes y análogo. Se observan diferencias significativas de parámetros de rugosidad de amplitud, geometría y funcionalidad de ambos CT2 y CT1 frente a originales, considerándose no aptos para usarse como contratipos. Para implantes y análogo se aceptan las características macrogeométricas gracias al fenómeno de deformación elástica, el análisis de rugosidad indica que el implante 2 presenta la superficie menos uniforme siendo considerado el más susceptible a retener fluidos. Ensamble inicial sin indicios de micromovimientos o desajustes (Texto tomado de la fuente).
Exploración del proceso de electropulido como acabado final aplicado a superficies maquinadas en moldes para inyección o soplado
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Echavarría Ramos, Juan Sebastián; Córdoba Nieto, Ernesto; Delgado Mejía, Edgar; Grupo de Trabajo en Nuevas tecnologías de Diseño y Manufactura Automatización Dima Un
Este estudio investiga el proceso de electropulido como acabado final, posterior al fresado de superficies de la aleación de aluminio 7075-T651. La metodología empleada consistió en desarrollar el diseño CAD/CAM de probetas cuya rugosidad superficial fuese lo más regular posible para contrastar los acabados de los procesos de fresado y electropulido. En primera instancia se diseñó un montaje SMED para facilitar el fresado de las probetas y garantizar una variación mínima en la rugosidad obtenida. Luego, se estructuró un proceso experimental para generar el acabado final mediante pulido electrolítico empleando un electrolito con base de ácido fosfórico y utilizando equipo analógico de electropulido para metalografía, con celda específica. En este proceso se varió el tiempo de exposición y el voltaje aplicado para evaluar la influencia de cada parámetro en el acabado obtenido. La rugosidad superficial obtenida por los procesos de fresado y electropulido en las probetas fue contrastada mediante microscopio de variación focal. Los resultados revelaron que el proceso de electropulido empeoró las propiedades de rugosidad superficial de las probetas en la mayoría de los casos (combinación de variables tiempo y voltaje; siete de nueve), a excepción de dos. Los factores electroquímicos, como la concentración de ácido en el electrolito, la temperatura, y la agitación del electrolito, afectaron la calidad de la superficie electropulida. Además, la geometría de la celda de electropulido desempeñó un papel definitorio, así como la agitación del electrolito y la evacuación de burbujas de gas. A través de los resultados obtenidos, se identificaron datos que se desviaban significativamente del resto, lo que requirió del análisis estadístico para descartar los valores atípicos. Es importante destacar que el electropulido no se utiliza para eliminar grandes cantidades de material ni cambiar significativamente la geometría de la pieza. Su objetivo principal es mejorar la calidad del acabado superficial.
Crecimiento y caracterización de recubrimientos nanoestructurados de CrTiAlN-Ni depositados mediante la técnica co-sputtering
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-12) Ramos Adame, Lizeth Vanessa; Olaya Flórez, Jhon Jairo; Piamba Tulcán, Oscar Edwin
En esta investigación, se depositaron recubrimientos nanoestructurados de CrTiAlN-Ni sobre sustratos de metal duro K20, vidrio, silicio (100) y acero inoxidable AISI 316L mediante la técnica HiPIMS (High Power Impulse Sputtering); se estudiaron sus propiedades y comportamientos para establecer el efecto del Ni en el desgaste y en la resistencia a la corrosión electroquímica de los recubrimientos. Los recubrimientos obtenidos fueron nombrados de acuerdo con el número de piezas de Ni puestas en el blanco de cromo durante los depósitos, por lo cual, se obtuvieron los siguientes sistemas: CrTiAlN-0Ni, CrTiAlN-1Ni, CrTiAlN-3Ni, CrTiAlN-5Ni y CrTiAlN-9Ni. Se utilizaron técnicas de caracterización con el propósito de establecer la relación del contenido de Ni y las propiedades estructurales, mecánicas, tribológicas y anticorrosivas de los recubrimientos para lo cual fue necesario utilizar difracción de rayos X (DRX), espectroscopia de rayos X de energía dispersiva (EDS), microscopía electrónica de barrido (SEM), prueba de nanoindentación, pin-on-disc, prueba scratch, espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) y prueba de polarización potenciodinámica (PP). En los patrones de difracción se encontraron picos asociados al níquel presentes en los recubrimientos depositados sobre sustrato 316L, que permitieron intuir que átomos libres de Ni favorecieron la formación de una fase amorfa en los picos de DRX; sin embargo, no fue posible establecer un efecto de refinamiento del tamaño de cristalito. El análisis de las imágenes SEM sugirió que la morfología superficial es más densa y uniforme con la adición de Ni en el recubrimiento que permitió mejorar la dureza del recubrimiento con 0,08 % at. de Ni. La ausencia de un voltaje bias durante los procesos de deposición, una capa intermedia o un pretratamiento pudieron ser las razones principales de la baja adherencia de los recubrimientos. Además, la incorporación de poco contenido de Ni influyó significativamente en el desempeño tribológico y las propiedades mecánicas de los recubrimientos estudiados. Los fenómenos de corrosión identificados después de las pruebas PP y EIS corresponden a corrosión uniforme con pitting. (Texto tomado de la fuente)
Metodología para caracterización de la rugosidad superficial 3D en la superficie de implantes de titanio y su relación con la función de oseointegración
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Lagos Tovar, Cristian Romario; Cortés Rodriguez, Carlos Julio; Grupo de Investigación en Biomecánica / Universidad Nacional de Colombia Gibm-Uncb
Metodología para caracterización de la rugosidad superficial 3D en la superficie de implantes de titanio y su relación con la función de oseointegración Actualmente existe un gran grupo de parámetros de superficie en 2D y 3D para caracterizar superficies rugosas por métodos ópticos. Los parámetros empleados para la caracterización de la rugosidad de la superficie de implantes de titanio no permiten hacer una diferenciación adecuada para investigaciones de superficies oseointegrables. En la literatura se describen más de 40 parámetros de análisis topográfico que fueron objeto de estudio. De acuerdo con las propiedades como rugosidad, humectabilidad y anisotropía se plantearon diferentes objetivos para lograr caracterizar superficies oseintegrables y asociarlas con las etapas de la oseointegración. Las superficies podrían considerarse oseointegrables cuando su valor de rugosidad media, $ Sa \leq 2{\mu}m$. Como metodología se realizó una caracterización superficial de siete implantes de titanio con diferentes modificaciones superficiales (microarenado, microtexturizado y ataque con ácido) basados en la $ISO$ 25178 con un microscopio de variación focal marca Alicona Infinite Focus\texttrademark, teniendo en cuenta configuraciones de filtrado como forma, ondulación y rugosidad. Siguiendo los lineamientos de la norma ISO 25178-2 y la ISO 4287/88 se realizaron caracterizaciones superficiales con parámetros de rugosidad clasificados en 4 grupos altura, híbridos, funcionales y espaciales. Las mediciones fueron hechas en la cara lateral de la rosca del implante. Como el valor de rugosidad media $Sa$ no es suficiente para describir una superficie oseointegrable, utilizando métodos estadísticos y conceptos biológicos, se encontraron 8 parámetros de rugosidad significativos $S_z$, $S_d_r$, $S_d_q$, $S_p$ $S_t_r$ , $S_t_d$, $V_v_c$ y $V_v_v$ que lograron diferenciar las superficies analizadas. En esta investigación se planteó un paquete de parámetros de rugosidad 3D para caracterizar superficies oseointegrables. (Texto tomado de la fuente)
Caracterización de la resistencia a la corrosión de aleaciones multicomponentes de CrNbMoTaW de alta entropía depositados con la técnica de sputtering
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Rojas Flórez, Mónica Liliana; Velasco Estrada, Leonardo; Olaya Flórez, Jhon Jairo; Information-guided design, automation, and nanotechnology iam-nano
La corrosión es responsable de causar grandes daños a las instalaciones industriales, tuberías y otras estructuras, por lo que se ha investigado constantemente para desarrollar diversas tecnologías para mitigar estos daños. Una de estas áreas de investigación es el uso de recubrimientos de materiales mediante aleaciones de alta entropía. Una aleación de alta entropía es aquella que está compuesta por cinco o más elementos en una composición aproximadamente equiatómica y tiene una entropía configuracional mayor o igual a 1.5R, donde R es la constante universal de los gases. En este trabajo, mediante la modalidad de colaboración científica, el Instituto Tecnológico de Karlsruhe - KIT de Alemania, realizó el proceso de deposición de los recubrimientos multicomponentes de aleación de alta entropía de CrNbMoTaW en el sustrato acero 316L con la técnica sputtering. El objetivo principal de este estudio fue investigar la resistencia a la corrosión, la composición química y otras propiedades del recubrimiento HEA variando el flujo de Ar y presión de trabajo en la deposición de la película nanoestructurada. Para los recubrimientos se utilizaron blancos de 99.99% de pureza con una distancia entre estos y el sustrato de 300mm ± 5. La microestructura de los recubrimientos se analizó mediante AFM (microscopia de fuerza atómica), SEM (microscopia electrónica de barrido), XRD (difracción de rayos X), XPS (espectroscopía de fotoemisión de rayos X), EDS (espectroscopía de energía dispersada) e interferometría. Se determinó el comportamiento de la resistencia a la corrosión mediante las técnicas de Velocidad de corrosión con la técnica Polarización Potenciodinámica Tafel y Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS), adicionalmente, para evaluar la dureza de los recubrimientos HEAs se realizaron analisis de dureza mediante pruebas de nanoindentación con punta de diamante Berkovich. Durante la investigación, se obtiene recubrimientos en conformidad a los requisitos de HEA, así mismo se lograron obtener comportamientos aproximados de resistencia a la corrosión del acero inoxidable 316L. (Texto tomado de la fuente).
Reincorporación al ciclo productivo de un residuo industrial de siderúrgicas en la fabricación de filamentos para manufactura aditiva
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Tirado González, Johanna Gisell; Herrera Quintero, Liz Karen; Johanna Esguerra Arce; Tirado González, Johanna Gisell [https://scholar.google.com/citations?user=N5EjpAgAAAAJ&hl=es]; Tirado Gonzalez, Johanna Gisell [0009-0000-7224-4512]; Tirado González, Johanna Gisell [https://www.researchgate.net/profile/Johanna-Tirado-Gonzalez]; Grupo de Investigación Afis (Análisis de Fallas, Integridad y Superficies)
La técnica de impresión 3D basada en extrusión (MEX) ha demostrado ser confiable y de bajo costo para la obtención de piezas metálicas. Por tanto, en el presente trabajo se estudia su idoneidad para obtener piezas de un material compuesto de hierro/óxido de hierro proveniente de un residuo industrial. Inicialmente se evaluó la influencia del tiempo de molienda y la temperatura de reducción química. Una vez obtenido el polvo se fabricaron filamentos con matriz polimérica de TPU/PP/SA y TPE/PP/SA en una proporción para ambos casos de 87-13 %wt., (polvo metálico – mezcla polimérica, respectivamente). Se obtuvo el filamento, se evaluó la influencia de la temperatura y la velocidad de impresión en la geometría de las piezas impresas, y se eligieron las probetas que más se acercaron al valor nominal de diseño. Por último, se evaluó la influencia del ciclo de sinterización en las propiedades mecánicas y microestructurales de las mismas. Los resultados mostraron que la temperatura de impresión no tuvo un impacto significativo en la geometría de impresión de las piezas como sí lo mostró la velocidad de impresión. Durante el debinding térmico y la sinterización se observó un fenómeno de reducción química adicional sobre los polvos de hierro, producto de la descomposición de la matriz polimérica que generó agentes reductores, lo que demuestra que la selección de la matriz polimérica afecta la microestructura de las piezas sinterizadas. Finalmente se encontró que una menor velocidad de impresión (7mm/s) llevó a una mayor contracción, mayor densidad y dureza de las piezas metálicas. (Texto tomado de la fuente)

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