Tribunal:
     PRESIDENT: CALVO MUÑOZ, JESICA
     SECRETARI: SUÑOL MARTÍNEZ, JUAN JOSÉ
     VOCAL: AGUILAR, CLAUDIO
Resumen de tesis: Esta investigación doctoral evaluó la viabilidad de utilizar diversas materias primas a base de aluminio en la fabricación aditiva (FA) para desarrollar alternativas rentables y respetuosas con el medio ambiente a la fabricación tradicional de metales. El estudio examinó sistemáticamente el filamento AA6061, los gránulos de AlSi10Mg (comerciales y reciclados) y la pasta de polvo de AlSi10Mg mediante tres técnicas de FA: modelado por deposición fundida (FDM), extrusión de tornillo y escritura directa con tinta (DIW). Los objetivos principales fueron optimizar los parámetros de impresión, desligado térmico y sinterización para cada materia prima y técnica de FA, así como evaluar las propiedades mecánicas y microestructuras resultantes de las piezas fabricadas. Para la impresión, el filamento AA6061 procesado mediante FDM alcanzó resultados óptimos con un diámetro de boquilla de 0,8 mm a 205 °C. Los gránulos de AlSi10Mg (comerciales y reciclados) y la pasta de polvo de AlSi10Mg, utilizados en la extrusión de tornillo y DIW, respectivamente, obtuvieron el mejor rendimiento con boquillas de 0,6 mm y temperaturas más bajas. Estas optimizaciones establecieron condiciones de referencia críticas para los pasos de procesamiento posteriores, enfatizando los requisitos específicos de cada material y técnica. El desaglomerado térmico, esencial para eliminar los aglutinantes poliméricos antes de la sinterización, se optimizó para cada materia prima. Para el filamento AA6061, la temperatura más efectiva fue de 550 °C con tiempos de retención de hasta 3 horas. Para los gránulos comerciales de AlSi10Mg, la temperatura de 350 °C durante 3 horas produjo resultados óptimos, condición que también funcionó para los gránulos reciclados y la pasta en polvo. Estos parámetros minimizaron los defectos y prepararon las piezas para una sinterización exitosa. Los parámetros de sinterización se optimizaron rigurosamente para garantizar la densificación y las propiedades mecánicas deseadas. El filamento AA6061 se sinterizó mejor a 635 °C, mientras que los gránulos comerciales de AlSi10Mg y la pasta en polvo alcanzaron resultados óptimos a 600 °C. Los gránulos reciclados de AlSi10Mg alcanzaron su máximo rendimiento a 620 °C. Toda la sinterización se realizó durante 3 horas en atmósfera de nitrógeno con trampas de vacío y oxígeno. El análisis SEM confirmó una mayor densificación y microestructuras uniformes en estas condiciones. Se introdujo una técnica de prensado presinterizado para mejorar aún más la densificación y reducir la porosidad. Este paso mejoró significativamente la densidad relativa de las piezas sinterizadas entre un 19,25 % y un 45,55 %, alcanzando las muestras prensadas densidades de hasta el 93,65 %. Las pruebas mecánicas mostraron que los gránulos reciclados de AlSi10Mg proporcionaron la mayor resistencia a la compresión (168,34 MPa), seguidos de los gránulos comerciales, el filamento AA6061 y la pasta en polvo.

Tribunal:
     PRESIDENT: TYLKOWSKI, BARTOSZ
     SECRETARI: DEL VALLE MENDOZA, LUIS JAVIER
     VOCAL: CABRERA, MIGUEL
Resumen de tesis: La tecnología In-Mold Electronics permite la creación de superficies electrónicas con formas tridimensionales combinando la electrónica impresa con la tecnología de In-Mold Decoration. Este enfoque permite la integración de circuitos electrónicos en una amplia gama de aplicaciones complejas y diversas que van desde interiores de automóviles hasta electrónica de consumo. Durante el proceso de fabricación de estos dispositivos, se requiere que todos los materiales involucrados, incluidos los adhesivos, resistan las rigurosas condiciones de transformación con el fin de garantizar la funcionalidad y la fiabilidad del dispositivo final. Los adhesivos, lo cuales son importantes para asegurar los componentes electrónicos en la superficie y mantener la integridad del circuito, poseen propiedades que pueden influir significativamente en la deformación de la lámina durante el proceso de termoformado. Estas deformaciones pueden tener un gran impacto en el rendimiento y la durabilidad general del dispositivo. Este estudio está dedicado a examinar minuciosamente los efectos que el adhesivo estructural tiene en la deformación de la lámina durante el proceso de termoformado, así como su impacto en la funcionalidad del dispositivo final. Este estudio investiga meticulosamente cómo diferentes cantidades y deposiciones del adhesivo estructural afectan el estiramiento de la lámina durante el proceso de termoformado y el moldeo por sobreinyección, comparando muestras impresas e hibridadas. Los hallazgos revelan que las muestras hibridadas, aquellas con adhesivo estructural, presentan distintas deformaciones respecto a las muestras impresas. Específicamente, las áreas alrededor del adhesivo muestran un estiramiento reducido, mientras que regiones más alejadas al adhesivo compensan con un aumento en el estiramiento. Esta compensación produce un sobre estiramiento en ciertas áreas, lo que, en algunos casos, resulta en discontinuidades del circuito y compromete su rendimiento eléctrico. Además, la variación en el estiramiento no solo afecta la integridad del circuito, sino que también altera la posición final de los componentes electrónicos, desplazándolos de sus ubicaciones previstas, generando mal funciones o fallos en el dispositivo final. Para abordar estos desafíos, este estudio recomienda ajustar la cantidad y la deposición del adhesivo estructural basándose en la deformación local. Al adaptar el adhesivo, se puede minimizar el estiramiento innecesario, asegurando tanto la integridad mecánica como eléctrica del dispositivo final. Además, el análisis durante el proceso de moldeo por inyección destacó que utilizar la cantidad de adhesivo cuidadosamente asegura eficazmente que todos los componentes se mantengan en sus posiciones designadas sin comprometer la funcionalidad. Las ideas obtenidas de esta investigación son críticas para el diseño y la fabricación de dispositivos IME. Proporcionan pautas para optimizar la colocación y la cantidad de adhesivo, mejorando en última instancia la fiabilidad, el rendimiento y el rendimiento de dispositivos funcionales en producción a gran escala.

Tribunal:
     PRESIDENT: CASELLAS PADRO, DANIEL
     SECRETARI: FARGAS RIBAS, GEMMA
     VOCAL: MOSELEY, STEVEN
Resumen de tesis: La presente tesis doctoral estudia la relación entre microestructura y propiedades mecánicas de carburos cementados WC-Co procesados mediante dos técnicas de fabricación aditiva (AM) seguidas de sinterización: Binder Jetting Technology (BJT) y Direct Ink Writing (DIW). Aunque la AM ha surgido como una vía prometedora para procesar como los carburos cementados, la mayoría de estudios se han centrado en la optimización de los parámetros de fabricación, dejando un vacío de conocimiento sobre cómo las condiciones de procesado influyen en la microestructura y en el rendimiento mecánico. Comprender esta relación es clave para considerar la AM como alternativa viable al procesado convencional e implementarla con éxito en aplicaciones industriales.Este trabajo analiza de forma sistemática la respuesta mecánica —dureza, contacto por deslizamiento y fractura— de carburos cementados conformados por BJT - DIW y consolidados por sinterización. Se evalúa el efecto de la deposición por capas y la orientación de apilamiento de estas, sobre el comportamiento mecánico. Asimismo, se aborda la naturaleza multiescalar del sistema, yendo de nanómetros hasta milímetros.Uno de los principales hallazgos es la homogeneidad microestructural observada en todas las muestras, independientemente de la técnica orientación de impresión. Esta isotropía también se refleja en la dureza, la resistencia al rayado y la tenacidad a la fractura (KIc). El estudio valida el uso de la técnica SEμVNB con microentallas generadas por UPLA para la medición de KIc. La etapa de sinterización —común a ambas técnicas— resulta clave para mitigar la anisotropía, al homogenizar la microestructura y propiedades.Las mediciones de dureza bajo diferentes cargas proporcionan valores similares a los obtenidos por métodos tradicionales, lo que demuestra la viabilidad de la AM para fabricar materiales competitivos. En microestructuras con distribución heterogénea de carburos, se observó mayor dispersión en los valores a cargas bajas, evidenciando un efecto de escala relevante. El uso de mapeo por nanoindentación a alta velocidad, junto al análisis estadístico, permitió caracterizar propiedades micromecánicas de fases individuales y validar esta técnica como herramienta de microscopía mecánica.Los ensayos de rayado mostraron que los carburos AM alcanzan niveles de resistencia al desgaste comparables a los convencionales. Las muestras con distribución de carburos heterogeneas, superaron a los grados de referencia. Esta mejora se asocia al efecto combinado de mecanismos de desgaste: los carburos gruesos aportan absorción de energía, y los finos, resistencia. También influyen las diferencias en la formación de la capa tribológica.A diferencia de la dureza, el rayado y la tenacidad, la resistencia a la flexión sí dependió de la orientación de ensayo (aunque no de la dirección de impresión). Esto se atribuye a defectos inducidos por AM, como ondulaciones, desalineaciones de intercapas o variaciones en el contenido de cobalto. Así, la variabilidad mecánica parece estar más relacionada con defectos que con anisotropía estructural. Se comprobó además que la Mecánica de Fractura Elástica Lineal permite predecir el comportamiento de rotura, observándose y modelándose dos tipos críticos de defectos: fisuras subsuperficiales tipo “penique” y fisuras superficiales semielípticas, con buena concordancia entre predicciones y resultados experimentales.En resumen, esta tesis demuestra que las rutas de AM con sinterización, como BJT y DIW, pueden producir carburos WC-Co con propiedades comparables a los métodos convencionales. El trabajo ofrece una visión completa de las relaciones entre estructura y propiedades, y proporciona pautas para su diseño y aplicación industrial. Los resultados respaldan la viabilidad de la AM en materiales de herramientas de alto rendimiento, destacando la importancia del diseño microestructural y el control de defectos para lograr un comportamiento mecánico fiable.

Tribunal:
     PRESIDENT: ENGIN VRANA, NIHAL
     SECRETARI: GODOY GALLARDO, MARIA
     VOCAL: REVERON CABOTTE, HELEN
Resumen de tesis: La circona policristalina estabilizada con el 3% mol de yttria (3YTZP) ha generado un creciente interés como alternativa al titanio para los implantes dentales, gracias a su excelente biocompatibilidad, alta resistencia mecánica, resistencia a la corrosión y ventrajas estéticas. A pesar de esto, el éxito clínico de los implantes sigue dependiendo de su capacidad para favorecer simultáneamente la osteointegración y minimizar la colonización bacteriana, un proceso competitivo conocido como ““race for the surface”. Las propiedades superficiales de los implantes, como la topografía, influyen en la respuesta biológica en la interfaz tejido-implante. En particular, las micro- y nanotopografías impactan directamente en la interacción entre las células y el material, pudiendo modular funciones celulares clave como la adhesión, migración, proliferación y diferenciación. Estas características topográficas también afectan la respuesta bacteriana, favoreciendo o reduciendo la colonización mediante efectos antifouling o bactericidas. Por ello, las modificaciones superficiales se han convertido en una estrategia ampliamente explorada para mejorar el rendimiento biológico de los implantes. No obstante, el principal reto sigue siendo diseñar superficies que favorezcan simultáneamente la osteointegración y eviten la adhesión bacteriana.Esta tesis doctoral aborda este reto investigando distintas estrategias de modificación superficial para mejorar el comportamiento biológico de la circona. El objetivo fue crear topografías capaces de mejorar simultáneamente el comportamiento celular y presentar propiedades antibacterianas. En concreto, se crearon y caracterizaron distintas superficies micro- y nanoestructuradas, y se evaluó su comportamiento biológico en términos de la respuesta de células madre mesenquimales humanas (hMSC) y de la adhesión bacteriana de distintas cepas. Previo al trabajo experimental, se realizó una revisión bibliográfica exhaustiva sobre estrategias de modificación topográfica de 3Y-TZP (Capítulo I), con el fin de identificar áreas poco exploradas y seleccionar las técnicas con mayor potencial. A continuación, se aplicaron diferentes técnicas de modificación, incluyendo el ataque con ácido fluorhídrico (HF) para generar nanotopografías (Capítulo II) y el grabado con láser de nanosegundos (ns-) y femtosegundos (fs-) para obtener microestructuras definidas (Capítulo III). También se combinaron estas técnicas para evaluar un posible efecto sinérgico de las topografías jerárquicamente rugosas en la respuesta biológica (Anexo I). Los resultados demostraron que tanto el ataque químico como el grabado láser mejoraron exitosamente el rendimiento biológico de la circona, favoreciendo el comportamiento de las hMSC y reduciendo la adhesión bacteriana. Sin embargo, su combinación no generó un efecto sinérgico. Entre todas las superficies analizadas, el patrón lineal de 3 μm (L3), creado mediante grabado con láser fs-, ofreció el mejor equilibrio, mejorando simultáneamente la adhesión, migración y diferenciación osteogénica de las hMSC, al tiempo que redujo significativamente la adhesión de Staphylococcus aureus y Pseudomonas aeruginosa. Además, este patrón dio lugar al resultado biológico más favorable en condiciones de co-cultivo competitivo. Asimismo, la biofuncionalización de dicha topografía con un péptido multifuncional con secuencias antimicrobianas y de adhesión celular mostró efectos biológicos sinérgicos prometedores (Anexo II). Es importante destacar que estas mejoras se lograron sin comprometer la integridad mecánica de la superficie (Anexo III).En conclusión, esta tesis demuestra que la modificación topográfica de la circona es una estrategia prometedora para mejorar su comportamiento biológico, promoviendo la osteointegración y limitando la adhesión bacteriana. Las investigaciones futuras deberían centrarse en integrar señales bioquímicas, realizar validaciones in vivo y evaluar de forma completa la integridad mecánica.

Tribunal:
     PRESIDENT: TROMAS, CHRISTOPHE
     SECRETARI: RAMÍREZ SANDOVAL, GISELLE
     VOCAL: GAILLARD, YVES
Resumen de tesis: Esta tesis doctoral se centra en la caracterización micromecánica de materiales multifásicos mediante mapeo de nanoindentación a alta velocidad (HSNM), combinándolo con técnicas estadísticas y de aprendizaje automático. El objetivo es extraer e interpretar propiedades mecánicas con resolución espacial a partir de grandes volúmenes de datos, mejorando la comprensión de las relaciones microestructura-propiedad en sistemas complejos como compuestos cerámico-metálicos y aceros heterogéneos.HSNM permite adquirir datos locales con resolución micrométrica sobre grandes áreas, pero su uso plantea varios retos: optimización del espaciado entre indentaciones, interpretación de datos dispersos, limitaciones de la distribución gaussiana para representar propiedades micromecánicas y dificultades en la clasificación cerca de las interfases. Además, existe un interés creciente en automatizar la interpretación mediante aprendizaje automático.Los objetivos de esta tesis incluyen: (i) evaluar materiales industrialmente relevantes mediante HSNM, (ii) aplicar aprendizaje no supervisado para cuantificar transiciones micromecánicas, (iii) introducir distribuciones sesgadas como alternativa a los ajustes gaussianos, y (iv) desarrollar modelos supervisados que clasifiquen la respuesta de nanoindentación según la forma de la curva completa.Metodológicamente, la tesis implementa el modelo de mezcla gaussiana (GMM) para agrupar propiedades mecánicas e identificar fases en materiales como WC-Co y aceros superdúplex. Esta estrategia permite analizar superficies extensas y detectar transiciones mecánicas, como gradientes de endurecimiento en aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) y cambios de propiedades inducidos por la fusión con haz de electrones (PBF-EB) en aleaciones 316L/V4E.Para abordar datos asimétricos o dispersos, se introduce el ajuste con distribuciones Skew-normal, que ofrece una representación más fiel de la realidad, especialmente en zonas influenciadas por interfases, como en los metales duros. Este enfoque mejora la clasificación de fases frente a los ajustes gaussianos tradicionales.La tesis también desarrolla un modelo supervisado basado en redes neuronales convolucionales (CNN), entrenado con curvas de respuesta mecánica transformadas en imágenes bidimensionales que preservan su forma. Este modelo permite clasificar las respuestas en fases conocidas con alta precisión y proporciona una puntuación de confianza continua para cada clasificación. Esto supone un cambio de paradigma hacia una clasificación basada en similitud, que facilita la construcción de mapas continuos capaces de capturar con mayor realismo las transiciones micromecánicas y el comportamiento en las interfases.En conjunto, el trabajo demuestra el potencial del HSNM combinado con técnicas estadísticas y de aprendizaje automático para caracterizar materiales multifásicos complejos. La tesis abre nuevas vías para mejorar la interpretación del comportamiento mecánico heterogéneo e integrarlo con datos microestructurales, contribuyendo al desarrollo de metodologías más robustas y automatizadas en la ciencia de materiales.

Tribunal:
     PRESIDENT: MOLINA ALDAREGUIA, JON
     SECRETARI: FARGAS RIBAS, GEMMA
     VOCAL: CARO PRADOS, JAUME
Resumen de tesis: Los carburos cementados como el WC-Co se utilizan ampliamente en la industria, especialmente para herramientas de corte, debido a su excepcional combinación de propiedades mecánicas. Estos compuestos están formados por partículas de carburo de wolframio (WC) incrustadas en un aglutinante metálico de cobalto (Co), logrando una combinación única de dureza, resistencia al desgaste y tenacidad a la fractura. Sin embargo, estas propiedades pueden degradarse a altas temperaturas (>500 °C) por su sensibilidad a la corrosión. Para mitigar este problema, se aplican recubrimientos protectores, como el nitruro de titanio y aluminio (TiAlN) o el nitruro de titanio y silicio (TiSiN), los cuales mejoran el rendimiento bajo cargas térmicas elevadas.El rectificado es la técnica de postprocesado más común para obtener la geometría final y las tolerancias dimensionales de los componentes de WC-Co. Sin embargo, afecta la integridad superficial, induciendo defectos como grietas, vacíos, alta rugosidad (0.2-0.6 µm), transformación de fase del Co y tensiones residuales de compresión, extendiéndose hasta 10-20 µm de profundidad. Por ello, es habitual eliminar la capa dañada mediante pulido.Recientemente, ha surgido el electropulido en seco para aleaciones metálicas, que reduce defectos y mejora la calidad superficial. A diferencia del electropulido convencional, que utiliza electrolitos líquidos, esta tecnología emplea partículas poliméricas porosas (resinas de intercambio iónico) con capacidad de absorber un medio electrolítico. Este método elimina material de las irregularidades superficiales capa por capa, reduciendo la rugosidad y mejorando la calidad de la superficie.Esta tesis desarrolla un nuevo electrolito seco específicamente para el electropulido de WC-Co mediante la tecnología DryLyte®. Se investigan los mecanismos del proceso, se optimizan parámetros eléctricos y se identifican las reacciones químicas clave. Los resultados demuestran que este proceso elimina defectos superficiales, reduce la rugosidad y preserva la microestructura del WC-Co, evitando la lixiviación del Co y la fragilización del WC.Se ha realizado un análisis comparativo microestructural y mecánico que ha evaluado métodos como el rectificado, la electroerosión, el pulido convencional y el electropulido en seco. Aunque el rectificado y la electroerosión y son procesos comunes, generan defectos como microfisuras, porosidad y óxidos perjudiciales. El pulido convencional mejora la rugosidad, pero elimina cientos de micras de material, y por tanto reduce las tensiones residuales de compresión yconsecuentemente el rendimiento mecánico. En cambio, el electropulido en seco elimina la capa deformada con precisión, alisa la superficie entre fases constitutivas y conserva tensiones residuales beneficiosas.También se ha explorado aplicaciones industriales como la preparación del filo de corte en herramientas de fresado de WC-Co. Estudios previos confirman que una preparación óptima del filo incrementa la vida útil de la herramienta. Este trabajo demuestra que el electropulido en seco afina el radio de corte y los parámetros microgeométricos, reduce rugosidad y elimina defectos de fabricación. Se establece una correlación directa entre el tiempo de pulido y parámetros microgeométricos, con cambios rápidos iniciales (tres primeros minutos), seguidos de una estabilización.Además, se ha investigado la eliminación de recubrimientos de TiAlN/TiSiN en sustratos de WC-Co para prolongar su vida útil y reducir costes. Este proceso elimina el recubrimiento con precisión, dejando una capa superficial de óxido sin comprometer la microestructura del sustrato. Existe una relación lineal entre el tiempo de pulido y el grosor del recubrimiento restante, garantizando un método controlable, homogéneo y eficaz.

Tribunal:
     PRESIDENT: GINER MARAVILLA, EUGENIO
     SECRETARI: RAMÍREZ SANDOVAL, GISELLE
     VOCAL: MAIMÍ VERT, PERE
Resumen de tesis: En esta tesis, el comportamiento mecánico del metal duro de carburo de tungsteno-cobalto (WC-Co), un composite multifásico, se investiga a fondo mediante técnicas de modelado computacional. Primero, la tesis se centra en la pequeña escala, donde el ensamblaje y la constitución de los constituyentes no solo son claramente visibles y discernibles, sino que también juegan un papel importante en el comportamiento mecánico. Luego, se tienen en cuenta los factores estocásticos que afectan la resistencia de las muestras a pequeña escala. Finalmente, la tesis se centra en la gran escala, mediante la implementación de un modelo que conecta las propiedades a pequeña y gran escala en un único marco.En la primera etapa del trabajo, se utilizan datos publicados sobre (1) nanoindentación en partículas de WC y la matriz de Co; (2) ensayos de tracción en nanocables (NWs) fabricados con metales duros WC-Co; y (3) ensayos de compresión en micropilares fabricados con metales duros WC-Co para el desarrollo de una metodología numérica. Para ello, se desarrolla un novedoso marco computacional que incluye dos modelos constitutivos de microplano distintos desarrollados para las fases WC y Co por separado. Para la matriz de Co, se desarrolla el modelo de plasticidad J2 de microplano, denominado MPJ2, mientras que para las partículas de WC, se utiliza una versión modificada del modelo de microplano M7, denominada M7WC. En cuanto a las mallas de simulación, se utiliza una representación 3D realista completa, derivada de reconstrucciones tomográficas experimentales de dos grados de metal duro WC-Co. Después de optimizar los parámetros de los modelos MPJ2 y M7WC con datos experimentales, las predicciones de elementos finitos (FE) no solo confirman las extensas observaciones experimentales, sino que también proporcionan una mayor comprensión del comportamiento mecánico de estos composites.En la segunda etapa de la tesis, se abordan incertidumbres significativas en el comportamiento mecánico de los metales duros WC-Co a nivel de muestras pequeñas. Estas surgen debido a factores como la aleatoriedad intrínseca de la microestructura y la posible existencia de defectos. Se utiliza un método de elementos finitos estocástico (SFEM) junto con los modelos deterministas, M7WC y MPJ2, introduciendo aleatoriedad controlada en algunos de los parámetros de estos modelos. Las mallas se muestrean a partir de una tomografía existente de un grado de WC-Co utilizando LHS. Los resultados capturan eficazmente la distribución de resistencia de estos composites cerámico-metálicos a pequeña escala bajo tensión.Finalmente, en la tercera parte de la tesis, y con el objetivo de demostrar que a gran escala las propiedades mecánicas también dependen de la microestructura, se introduce un nuevo modelo constitutivo para el modelado FE de metales duros WC-Co a gran escala, sirviendo efectivamente como un enfoque multiescala. Conocido como el modelo de microplano para metales duros (MPHM), el modelo se calibra utilizando datos de ensayos de tensión-deformación obtenidos bajo tensión y compresión uniaxial de muestras con diferentes tamaños de grano y contenidos de cobalto. Una vez calibrado, el modelo con parámetros fijos se emplea para predecir datos experimentales adicionales de ensayos de tensión uniaxial, compresión uniaxial y flexión en cuatro puntos obtenidos de la literatura. El modelo demuestra un alto nivel de precisión en la predicción de datos experimentales en un amplio rango de fracciones de peso de cobalto (3 a 27% en peso) y tamaños de grano de WC (0,35 a 1,85 μm). El modelo requiere solo cuatro constantes de material comúnmente disponibles como entradas: contenido de cobalto, tamaño de grano, resistencia a la compresión uniaxial y resistencia a la tracción uniaxial. Se desarrolla un modelo para el comportamiento a gran escala de una amplia gama de grados de WC-Co donde solo se necesitan como parámetros de entrada propiedades del material fácilmente medibles.