Estudio del efecto de la temperatura en las propiedades mecánicas de probetas fabricadas por impresión 3D mediante FDM

Abstract

Hoy en día, la impresión 3D es un método de fabricación ampliamente utilizado en muchas áreas como, por ejemplo, el diseño industrial, la construcción, la educación o el sector alimentario. Entre las técnicas existentes, el Modelado por Deposición Fundida (FDM) es la de mayor tendencia en la Fabricación Aditiva (AM), de gran interés relacionada con las impresoras 3D de sobremesa y las altas capacidades desde el punto de vista industrial. Respecto a la variedad de materiales existentes en la técnica AM, el ácido poliláctico (PLA) representa una alternativa interesante. Este polímero termoplástico, obtenido a partir de recursos renovables, es ampliamente empleado en la fabricación 3D debido a sus buenas ventajas como, por ejemplo, un coste aceptable, propiedades físicas adecuadas, buena biocompatibilidad y baja toxicidad de sus productos en el caso de que exista degradación. En el presente estudio, se fabrican piezas de PLA con 100 % de relleno mediante FDM con una impresora 3D, variando la temperatura de fabricación de 180 ºC a 260 ºC. El objetivo es analizar la influencia de la temperatura de la boquilla de impresión en las propiedades mecánicas. Por esta razón, se realizan ensayos de resistencia a la tracción uniaxial, a la compresión y a la flexión en tres puntos, en una máquina de ensayos universal electromecánica, con el fin de obtener magnitudes mecánicas para su comparación. A partir del análisis o los resultados, se estudia si la selección de la temperatura de extrusión constituye un factor importante para obtener un producto final con las propiedades mecánicas deseadas.

Nowadays, 3D printing is a method of manufacturing widely employed in many areas as, for example, industrial design, construction, education or alimentary sector. Among the possible techniques, Fused Deposition Modeling (FDM) is the Additive Manufacturing (AM) trendiest one, of great interest related to desktop 3D printers and the high capabilities from an industrial point of view. With respect to the variety of materials existing in AM, polylactic acid (PLA) represents an interesting alternative. This thermoplastic polymer, obtained from renewable resources, is extensively employed in 3D fabrication due to its good benefits as, for example, acceptable cost, adequate physical properties, good biocompatibility and low toxicity of its degradation products. In the current study, 100 % infill PLA specimens were fabricated by FDM with a 3D printer, varying the manufacturing temperature from 180 ºC to 260 ºC. The purpose is to analyze the influence of nozzle temperature on mechanical properties. In this sense, uniaxial tensile, compressive and three-point flexural strength tests were carried out, in an electro-mechanical universal testing machine, in order to obtain mechanical magnitudes for comparison. From the analysis or results, it is studied if the selection of extrusion temperature constitutes an important factor for obtaining a final product with the desired mechanical properties.