Determinación de propiedades elásticas de piezas poliméricas construidas por impresión 3D, sometidas a flexión

Abstract

El procedimiento de Modelación por Deposición de Filamento (MDF) polimérico es una de las variantes de mayor repercusión en el conjunto de tecnologías de construcción aditiva, usualmente llamadas impresión 3D. La irrupción de máquinas de bajo costo y la continua mejora de la calidad y resistencia de los polímeros empleados, exige estimar la vida útily performance de las piezas impresas. Por ello, este trabajo analiza el desempeño mecánico ante esfuerzos de flexión de polímeros que típicamente se emplean en la construcción aditiva. En particular se evalúa, a través de experimentos diseñados “ad-hoc”el módulo de elasticidad a flexión en probetas de Poli Ácido Láctico (PLA), Nylon y Poli-estireno de Alto Impacto (HIPS), en función de diversos factores de variabilidad, entre los que se cuentan la dirección de trazado en cada capa (ángulo de deposición), la orientación de impresión de la pieza, la presencia de aditivos colorantes en los polímeros y la velocidad de impresión. Se encontró que todos los factores de variabilidad estudiados, modifican significativamente el módulo de elasticidad a la flexión. Analizando la orientación de los filamentos en los tres materiales, se determinó que la técnica MDF produce piezas anisótropas. El mayor valor del módulo de elasticidad se logra cuando la dirección de todos los filamentos coincide con la direcciónde los esfuerzos principales. A su vez la coloración de los materiales en crudo tiene influencia significativa como también la dirección en la que se elabora la impresión.También se comprobó que el módulo de elasticidad disminuye al aumentar la velocidad de impresión.

The method of Fused Deposition Modelling (MDF) for polymers processing -usually called 3D printing- is one of the additive construction technologies with greatest impact in recent years.The irruption of low cost machines and the continuous improvement in quality and resistance of employed polymers, demand to estimate the life time and performance of printed parts. Hence, this work analyses the mechanical performance under bending efforts of polymers, typically used in additive construction. In particular, the bending elastic modulus is evaluated -through experiments designed "ad-hoc"- in Poly Lactic Acid (PLA), Nylon, and High Impact Polystyrene (HIPS) probes, as a function of tracing direction, orientation of printed parts, presence of dye additives in polymers, and printing speed. We found that all the studied variability factors significantly modify the bending elastic modulus. Analysis offilaments orientation in the three materials reveals that the MDF technique produces anisotropic pieces. The highest elastic modulus is achieved when all filament directions match the direction of main stresses. Besides, the dye additives have significant influence as well as the orientation of the printed parts. Besides, we verified that the elastic modulus decreases with increasing printing speed.