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El pasado mes de marzo finalizó el proyecto Polysensor 4.0, financiado por el Ministerio de Industria, Comercio y Turismo a través del programa de ayudas de apoyo a Agrupaciones Empresariales Innovadoras (AEI), y en el que han participado el Centro Español de Plásticos (CEP), el Centro Tecnológico GAIKER y las empresas Análisis y Simulación, S.L. (AyS) y Larrañaga Plásticos, S.A.

La industria 4.0 necesita dotar de funcionalización a los productos, sensar para poder recoger información y gestionar las funcionalidades o hacer un mantenimiento preventivo. En muchas aplicaciones una de las propiedades más importantes de los sensores físicos es conocer el estado tensional o la deformación del producto para lo que actualmente se utilizan los sensores resistivos (galgas extensométricas) que miden la deformación, tensión y fuerza, pero dada su complejidad, se aplican exclusivamente en piezas estructurales y análisis del tipo Structural Health Monitoring.

Como alternativa a esta tecnología y para lograr una integración más directa existen materiales avanzados como los piezorresistivos que actúan como sensores para registrar deformaciones y es posible integrarlos durante el proceso de moldeo. Estos materiales tienen la ventaja de poder fabricarse a un coste mucho menor e integrarse con diversas tecnologías que facilitan la elaboración de productos de diferentes clases con aplicación en un amplio abanico de sectores industriales.

Con el objetivo de investigar este tipo de materiales por las ventajas de integración y sensibilización que proporcionan surgió, el pasado año, el proyecto POLYSENSOR 4.0, en el que se ha desarrollado un nuevo material piezorresistivo polimérico que puede actuar como sensor de deformación y que se puede combinar en pieza con otros materiales termoplásticos mediante el proceso por inyección o impresión 3D por fusión de filamento (FDM), de tal forma que permite la máxima integración y funcionalidad en un proceso industrial y facilita el acceso de la industria del plástico a nuevos productos funcionales 4.0.

Este proyecto se ha llevado a cabo en diferentes fases. En primer lugar, se han seleccionado los materiales más adecuados para el proceso de inyección e impresión 3D, de cara a lograr la máxima integración de los nuevos materiales con funcionalidad sensora en piezas plásticas 3D. En segundo lugar, se han formulado los materiales piezorresistivos de matriz termoplástica adecuados. Posteriormente, se ha investigado en dos procesos de integración con el objetivo de conseguir que el material sensor aporte información actualizada sobre el estado en el que se encuentra el producto o la estructura, para lo que es necesario que forme parte del objeto del cual se quiere conocer su estado y obtener así la información.  Y, por último, se ha realizado un estudio del procesado del material sensor para conocer la forma en que este se puede usar en diferentes aplicaciones o productos donde aporte valor añadido o genere nuevas aplicaciones.

Finalizadas estas fases se ha comprobado que los objetivos planteados al inicio de la investigación se han cumplido:
1.    Los materiales de base polimérica desarrollados con funcionalidad de sensores de deformación son adecuados para ser procesados e integrados mediante los procesos de inyección e impresión 3D por FDM.
2.    La sensibilidad de los materiales sensores desarrollados es bastante alta, con factores de galga de 20.
3.    La inyección multimaterial en piezas que contienen el material sensor desarrollado supone una integración fácil y de alta producción de elementos activos dentro de los productos plásticos.

El Centro Tecnológico GAIKER, miembro de Basque Research & Technology Alliance (BRTA), ha participado durante los últimos tres años y medio en el proyecto europeo BIOPLAST (2018-2021) cuyo objetivo principal era desarrollar una solución viable para la valorización de los residuos agrícolas generados en los territorios de la zona POCTEFA.

Debido a que el volumen de residuos agrícolas en esa zona era elevado y a que las soluciones tecnológicas que existían eran limitadas se inició este proyecto, que finalizó el pasado mes de junio cumpliendo los objetivos planteados al inicio. Así pues, se han logrado desarrollar diferentes soluciones para promover la circularidad del sector agrícola, es decir, se han fabricado productos a través de la valorización de determinados residuos seleccionados cuyo destino ha sido este mismo sector.

Esta investigación se ha llevado a cabo en diferentes fases. En primer lugar, se comenzó por identificar y cuantificar la disponibilidad de materias primas en la zona POCTEFA para evaluar el potencial de una economía circular local entorno a los bioplásticos. En base a esta información y a las características de los residuos se seleccionaron las alternativas más viables para la producción de PHA de cadena media (biopolímeros que se generan mediante proceso de fermentación a partir de distintos tipos de residuos agrícolas, agroalimentarios o forestales) por vía microbiana utilizando cultivos mixtos,  y se modificaron y prepararon compounds aptos para la fabricación de productos de base biológica para el sector agrícola, integrando en su formulación los PHAs y fibras vegetales.

A continuación, se fabricaron mediante impresión 3D de filamento (FFF o FDM) piezas y productos con los materiales biobasados (tiestos hortícolas, boquillas de riego, tutores…), se ensayaron, caracterizaron y sus propiedades fisicoquímicas se compararon con las soluciones existentes en el mercado, y se ha confirmado la funcionalidad de estas piezas. Posteriormente, se ensayaron los diferentes procesos de fin de vida de las piezas obtenidas a fin de determinar la viabilidad de dichos procesos y la calidad del compost o digestato final, se ha demostrado que la viabilidad es buena, no se han detectado diferencias en cuanto a biodegradabilidad entre compost/digestatos control (sin bioplásticos) y compost/digestatos de bioplástico. Por último, se ha llevado a cabo el estudio del impacto socioeconómico y medioambiental de la solución propuesta, evaluando mediante ACV la producción, uso y fin de vida del bioplástico, y se ha verificado que los impactos más importantes, tanto medioambientales como económicos, de los procesos estudiados son atribuibles a la fabricación de los PHAs y, por tanto, una optimización de los procesos de obtención de estos redundará en una mayor viabilidad de la solución a escala global.

Enmarcada dentro del programa europeo INTERREG POCTEFA y llevada a cabo por el consorcio formado por APESA, CATAR CRITT, GAIKER, TBI (ex LISBP), Universitat de Lleida y la Universitat de Girona, esta investigación ha contado con un presupuesto de 1,4 M€ y ha sido cofinanciada por el Fondo Europeo de Desarrollo Económico Regional (FEDER).

El ámbito de Reciclado y Economía Circular del Centro Tecnológico GAIKER, miembro de Basque Research & Technology Alliance, cuenta con un nuevo equipo, una planta piloto de reciclado químico de residuos plásticos. Esta innovadora planta permite escalar procesos de reciclaje químico de residuos plásticos para poder obtener productos de alto valor añadido a partir de residuos poliméricos complejos.

Con este equipamiento se pueden llevar a cabo demostraciones de procesos a una escala intermedia entre los resultados de laboratorio y las plantas semiindustriales. Esto es muy atractivo desde el punto de vista industrial ya que, por un lado, valida los resultados a escala laboratorio y, por otro, trabaja con lotes de residuos (de hasta 0,5 y 1 tonelada) y con productos de interés para las empresas.

Gracias a la creación de esta planta en cuyo diseño hemos participado, GAIKER, experto en el desarrollo de procesos de reciclado químico específicos, puede ofrecer el paso previo a la industrialización de los procesos de reciclaje químico, obtener datos concluyentes asociados a un entorno industrialmente relevante, producir lotes de monómeros químicos de alto valor añadido y muy demandados en la industria, y cerrar el ciclo de los materiales operando en condiciones cercanas a las industriales. Asimismo, puede definir las metodologías de trabajo asociadas a la implementación industrial de los procesos de reciclado químico, identificar los riesgos, establecer protocolos de operación segura e identificar puntos de mejora e innovación.  

La planta piloto de reciclado químico de residuos plásticos se utilizará en este Centro, principalmente, en proyectos de demostración de procesos de solvólisis catalítica de residuos plásticos como son el PET (tereftalato de polietileno), PU (poliuretano), PA (poliamida) y otros polímeros de condensación, y en el desarrollo de procesos de purificación de monómeros de alto valor procedentes de residuos y, por tanto, de origen renovable. Igualmente, se empleará para la fabricación de lotes de monómeros en una escala suficientemente relevante como para generar la cantidad mínima demandada por la industria para la fabricación de nuevos plásticos y la validación de su calidad.

Ámbito de Reciclado y Economía Circular de GAIKER

El Centro Tecnológico GAIKER, miembro de Basque Research & Technology Alliance trabaja en el proyecto SMARTFARM cuyo principal objetivo es el análisis de los puntos críticos y el fortalecimiento de los sistemas de gestión integral de la calidad de las empresas alimentarias del sector cárnico y avícola.

La monitorización de la calidad en la industria alimentaria es uno de los aspectos más significativos que afronta la salud pública, ya que cada etapa de la producción y el transporte alimentario favorece la pérdida de calidad de los alimentos y la posibilidad de transmisión de enfermedades provocadas por errores durante la manipulación, procesado, empaquetado o distribución.

Con el fin de proporcionar garantías adicionales tanto desde el punto de vista preventivo como de control en alimentos y muestras medioambientales se lleva a cabo esta investigación, en la que se desarrollará, en un principio, un modelo de detección preventiva de la salmonella (bacteria causante de la segunda enfermedad gastrointestinal transmitida por alimentos a nivel mundial, la salmonelosis) que, posteriormente, se podrá ampliar a otros microrganismos patógenos e indicadores de interés para conseguir así un control integral a medio plazo.

Este nuevo modelo de detección genética, que realizará GAIKER, Centro experto en el desarrollo de sistemas de detección basados en mecanismos biológicos de reconocimiento, se basa en una extracción magnética del ADN y la amplificación isoterma, con la tecnología LAMP, de un marcador genético seleccionado que indicará la presencia del patógeno.
El hecho de aplicar una tecnología de amplificación genética a temperatura constante (isoterma) permitirá a las empresas un mejor autocontrol de los procesos productivos y una mayor prevención de este patógeno en sus instalaciones, ya que se trata de un sistema que es fácil de implantar en las instalaciones productivas de las industrias alimentarias y con el que se obtienen los resultados rápidamente. Asimismo, este innovador desarrollo permitirá disminuir el coste en consumibles, reducir el número de casos y los costes hospitalarios derivados de la infección por salmonella. Así como mejorar la competitividad de la industria agroalimentaria, ya que se evitarán alarmas alimentarias y reclamaciones que puedan suponer pérdidas de ventas y de empleo directo.

Con tres años de duración, SMARTFARM ha sido aprobado por el CDTI como un proyecto de I+D en colaboración y consta de las siguientes fases:

• Fase 1: identificación del tipo de muestras y el plan de muestreo dentro del sistema de gestión integral.

• Fase 2: desarrollo del sistema de detección genético para descubrir la salmonella. Fase en la que se encuentra actualmente el proyecto.
• Fase 3: verificación y adaptación de la tecnología desarrollada para su integración en el plan de gestión.

El futuro del mercado de composites presenta atractivas oportunidades en sectores como el transporte, construcción, energía eólica y aeroespacial, entre otros. La introducción de materiales compuestos de matriz polimérica en piezas estructurales de grandes dimensiones de los aviones, autobuses, trenes y palas de aerogeneradores ha impulsado de manera significativa su eficiencia, consiguiendo una disminución de su peso y en consecuencia un ahorro en el combustible y descenso del impacto medioambiental.

Con el objetivo de desarrollar una célula de fabricación 4.0 de piezas de composites de grandes dimensiones para el sector ferroviario y naval se inició el año pasado el proyecto ePROMAT, en el que participa el Centro Tecnológico GAIKER, miembro de Basque Research & Technology Alliance (BRTA).

Esta nueva célula de fabricación se basará en modelos organizativos avanzados e inteligentes que automatizarán los procesos de laminación, preformado, manipulación y moldeo por vía líquida de materiales optimizados. Así, se conseguirá equilibrar los costes de los procesos, el nivel de inversión necesaria y la productividad.

1. Se definirán las especificaciones de los productos y procesos, que permitan optimizar los procesos para el desarrollo y deposición automatizada en molde de preformas de fibra seca, y los procesos monitorizados de desarrollo de composites de grandes dimensiones.
2. Se desarrollarán preformas de fibra para su posterior colocación en el molde, de manera automatizada, con una geometría y una disposición cercanas a las del producto final.
3. Se automatizarán, capturarán e interpretarán datos en todas las etapas del proceso de producción para desarrollar un proceso inteligente, que integre los conceptos de la industria 4.0.
4. Se desarrollarán y validarán cuatro demostradores de los sectores transporte, ferroviario y naval (suelo de tren y autobús, lateral de tren y módulo de baño).

Nueve socios industriales, la Asociación Ferroviaria Española MAFEX y dos agentes de la Red Vasca de Ciencia, Tecnología e Innovación (RVCTI), entre ellos el Centro Tecnológico GAIKER, son los encargados de llevar a cabo este proyecto.

GAIKER es experto tanto en el desarrollo, caracterización, transformación, desarrollo de producto y caracterización de materiales compuestos como en procesos de inyección de resina, por ello, tendrá un papel fundamental en esta investigación, especialmente, a la hora de definir la monitorización y el control de los procesos. Además, aportará a lo largo de todo el trabajo su know-how y experiencia.

Enmarcado dentro del programa de apoyo a la I+D empresarial HAZITEK, esta investigación está cofinanciada por el Gobierno Vasco y la Unión Europea a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).

El Centro Tecnológico GAIKER, miembro de Basque Research & Technology Alliance (BRTA), participa en el proyecto FUND3D, financiado por el programa Retos Colaboración del Ministerio de Ciencia e Innovación, cuyo fin es desarrollar y validar materiales de impresión 3D y postprocesos para construir moldes y utillajes funcionales de aplicación industrial. Esta investigación se centra, principalmente, en el desarrollo de nuevos compuestos termoplásticos y postratamientos para mejorar la estabilidad dimensional, las prestaciones térmicas y mecánicas y la conductividad eléctrica y térmica.

Cada vez más empresas están incorporando en sus procesos productivos equipos de impresión industrial de código abierto para optimizar sus procesos y acortar el tiempo de comercialización de sus nuevos productos y servicios, de ahí su necesidad de disponer de materiales técnicos de impresión 3D.

• Desarrollo de materiales de impresión 3D que cumplan con las especificaciones que se les imponen a los utillajes para aplicaciones eléctricas, moldes de inyección de caucho y moldes para el procesado de composites poliméricos termoestables.
• Desarrollo de filamentos de impresión 3D de 2,85 mm y evaluación de su capacidad de impresión en equipos de código abierto, tanto de escritorio como industriales.
• Investigación del efecto de las variables de proceso y de las estrategias de impresión 3D en las propiedades mecánicas y de acabado superficial de los productos impresos.
• Investigación de postratamientos para aumentar las características termo mecánicas y funcionales de los productos imprimidos, prestando especial atención a la posibilidad de hibridación de la tecnología de impresión 3D con tecnologías de procesado y resinas termoestables.

El Centro Tecnológico GAIKER, que participa en este proyecto junto a las empresas ELIX Polymer, FLEXIX e IKOR, se ha encargado del desarrollo de los materiales de impresión 3D y de los postratamientos para la obtención de los utillajes  impresos. GAIKER posee gran experiencia y medios para abordar el desarrollo mediante compounding y extrusión de filamentos para la impresión 3D con tecnología FFF/FDM. Además, cuenta con los medios necesarios para la caracterización de los materiales y de los productos a imprimir, y con impresoras de escritorio y profesionales para evaluar la capacidad de impresión de los materiales y abordar el desarrollo de productos tanto con termoplásticos comodities, como con composites y termoplásticos técnicos y de altas prestaciones.