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La alumna Itxaro Sukia Mendizabal obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE con mención DOCTORADO INTERNACIONAL

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• Título de tesis: Development of bio-inspired sandwich structures manufactured by 3D printing of composites

Tribunal:

• Presidencia: Rubén Ansola Loyola (UPV/EHU)
• Vocalía: Maria Lissner (University of Oxford)
• Vocalía: Iban Lizarralde Madina (ESTIA)
• Vocalía: Maider Iturrondobeitia Ellacuria (UPV/EHU)
• Secretaría: Borja Erice Echavarri (Mondragon Unibertsitatea)

Resumen:

A medida que los objetivos climáticos se vuelven más exigentes, la descarbonización del transporte se ha convertido en una prioridad estratégica. En la Unión Europea, los vehículos de carretera representan más del 70% de las emisiones del sector, lo que ha impulsado la demanda de soluciones estructurales ligeras, eficientes y sostenibles. Dado que el peso incide directamente en el consumo energético y en la autonomía de los vehículos eléctricos (VE), reducir la masa sin comprometer el rendimiento mecánico es un desafío. Los paneles sándwich, reconocidos por su elevada relación rigidez-peso, emergen como alternativa prometedora. Sin embargo, los métodos convencionales con ensamblajes, adhesivos y materiales disímiles limitan la eficiencia productiva, la reciclabilidad y la fiabilidad. Se requieren enfoques innovadores que superen estas barreras sin sacrificar prestaciones.

Esta tesis doctoral investiga el diseño, la optimización y la integración multifuncional de estructuras sándwich sostenibles fabricadas mediante fabricación aditiva (AM). El estudio se centra en el rendimiento estructural, la eficiencia del material y el impacto ambiental, con especial atención en núcleos bioinspirados con gradiente funcional y materiales como PLA espumable (LW PLA) y Onyx@. El desarrollo combina caracterización mecánica, diseño estructural y análisis de ciclo de vida para generar paneles ligeros, de alto rendimiento y sostenibles.

El primer eje de investigación se enfoca en núcleos trabeculares inspirados en estructuras naturales y fabricados mediante AM. Las arquitecturas basadas en alas de escarabajo superan los patrones hexagonales convencionales, mostrando mayor rigidez y absorción de energía bajo carga de colapso. Se implementaron diseños con gradiente funcional (FG) y optimización topológica (TO), donde variaciones locales en la geometría celular permiten adaptar la respuesta a cargas complejas. Se introdujo una malla estructural en las intercaras para mejorar la transferencia de carga y retrasar el fallo. La caracterización del Onyx reveló sensibilidad a la velocidad de deformación y comportamiento anisotrópico, destacando la influencia de la orientación de impresión, aunque la geometría y arquitectura fueron los principales factores de rendimiento.

El segundo eje aborda núcleos sostenibles fabricados con filamento de biopolímero espumable. Las pruebas y el modelado estadístico mostraron correlaciones significativas entre parámetros de impresión, densidad y propiedades mecánicas. Un rango de densidad de 460–1115 kg/m³ permitió controlar con precisión el comportamiento estructural. Las mejores muestras alcanzaron módulos de tracción de 2,85 GPa y resistencia a compresión de 23,3 MPa. El análisis de ciclo de vida (LCA), normalizado por función mecánica, evidenció que los núcleos FG LW PLA consumieron más del 70% menos energía por unidad de energía de impacto absorbida que los diseños homogéneos. En comparación con espumas convencionales, los núcleos AM ofrecieron propiedades específicas competitivas o superiores, junto con mayor ajuste, fabricación integral y reducción de residuos.

El tercer eje se centra en la integración de funcionalidad fotovoltaica (FV) para la captación de energía sin comprometer la integridad estructural. Se desarrollaron paneles multifuncionales mediante la incorporación de células FV flexibles en estructuras sándwich compuestas por núcleos trabeculares impresos en 3D y láminas de fibra de vidrio impregnadas en resina. Los paneles fueron sometidos a ensayos de impacto, perforación cuasiestática y torsión. Los resultados mostraron que la capa FV tuvo un efecto mínimo en el comportamiento mecánico global; las leves reducciones de resistencia se compensan con mayor disipación de energía y funcionalidad. Los paneles conservaron su robustez mecánica y operatividad eléctrica, validando el concepto de componentes estructurales multifuncionales y energéticamente autónomos.