Desarrollo de un equipo de Micro-Electroconformado. Estudio experimental de aplicación a la fabricación de herramientas para el texturizado de superficies estructuradas

Abstract

Modificar la superficie de un material de forma intencionada puede alterar sus propiedades y su comportamiento ante determinados fenómenos físicos. Cuando esto se hace de forma ordenada, con la ayuda de una matriz o un patrón, se denomina texturizar o aplicar una textura. Cuando el texturizado se realiza con el objetivo de mejorar alguna o algunas de las propiedades de ese material, el texturizado cumple una función determinada, nos encontramos entonces ante el texturizado funcional. Los avances tecnológicos y los nuevos campos de investigación necesitan de piezas cada vez más pequeñas y de mayor rendimiento, lo que llevan al límite, las capacidades técnicas de máquinas y herramientas cuando se trabaja a escalas submilimétricas. La electroerosión es uno de los procesos que ofrece mejores resultados a esa escala. Para desarrollar su cometido necesita de una herramienta (electrodo), que es la encargada de generar la textura deseada sobre la superficie del material. Esta herramienta contendrá el patrón con la geometría diseñada. Para conformar esta herramienta, en los casos en que la geometría es compleja, ya sea por la forma o por los detalles, son pocos los procesos que pueden realizarla. El proceso de electroconformado es uno de los que mejores resultados ofrece. Las hipótesis de partida de esta Tesis Doctoral se basan en la necesidad de combinar técnicas de fabricación avanzadas, para conseguir herramientas de alta calidad en forma, geometría y dimensiones, y su posterior uso en el texturizado funcional de superficies, mediante el proceso de electroerosión. Además, para facilitar la accesibilidad a estas tecnologías, esa fabricación debe realizarse mediante un equipo diseñado y desarrollado a tal fin, en base a las tecnologías disponibles y con costes contenidos. En este trabajo se ha abordado el estudio de compatibilidad entre diferentes tecnologías de fabricación, el diseño de un equipo capaz de combinarlas, un estudio experimental de sus capacidades, así como la fabricación y posterior ensayo de electrodos con geometrías funcionales para el texturizado de superficies a escala micrométrica. En base a lo anterior se ha desarrollado un proceso de fabricación combinado, al que se ha denominado AMSME, que se ha aprovechado de las capacidades individuales de cada uno de los procesos que lo forman. Esta metodología propuesta ha demostrado un gran potencial en la conformación de superficies funcionales para su uso como electrodo para procesos de electroerosión y su futura aplicación a nivel industrial.

Intentionally modifying material´s surface can alter its properties and behavior of certain physical phenomena. When this is done in an orderly manner, with an array or pattern, it is called texturing. When texturing is done with the aim of improving some of the properties of that material, the textured one is called functional texture as it fulfills a certain function. Technological advances and new research fields require constantly smaller parts with high-performance reaching the technical capacities of machines, which already work at submillimeter scales. EDM is one of the processes that offers best results on that scale. It needs a tool (electrode) to carry out the task. This tool is responsible for generating the desired texture on the material surface and contain the pattern with the designed geometry. There are few processes that can manufacture the tool when the geometry is complex. The electroforming process is one of the best choices. The starting hypotheses of this investigation are based on the need to combine advanced manufacturing techniques. It is important to achieve high quality tools via the EDM process regarding shape, geometry, dimensions, and the subsequent use in functional texture of surfaces. In addition, the manufacturing must be carried out by an equipment designed and developed for this purpose. It should be based on available and low-cost technologies to facilitate accessibility to these technologies. This work carried out the study of compatibility between different manufacturing technologies, the design of an equipment capable of combining them, an experimental study of their abilities, as well as the manufacture and electrodes´ testing with functional geometries for micrometric scale surface´s texturing. Based on the above, a combined manufacturing process has been developed. It has been called AMSME and the individual capacities of each of the processes that comprise it has been used to its fullest. This proposed methodology has shown great potential in functional surfaces manufacturing in its use as an electrode for EDM, and its future application at an industrial level.