Evaluación experimental de la influencia de parámetros de impresión sobre comportamiento mecánico del PLA

Abstract

Este estudio evalúa experimentalmente la influencia de distintos parámetros de impresión en el comportamiento mecánico del ácido poliláctico (PLA) fabricado mediante manufactura aditiva por deposición fundida (FDM). Para ello, se fabricaron probetas bajo la norma ASTM D638 variando de forma independiente cuatro parámetros: orientación de impresión, porcentaje de relleno, cantidad de paredes y patrón de relleno. Cada lote fue producido en una impresora Ender 3 V3 KE y posteriormente ensayado a tracción en una máquina universal Zwick/Roell Z100 equipada con una celda de carga de 5 kN. Los resultados obtenidos permiten identificar el nivel de incidencia de cada uno de estos parámetros en la resistencia a la tracción y el módulo de elasticidad del PLA. Se observó que la orientación de impresión y el patrón de relleno presentan una influencia mínima, con diferencias entre configuraciones que permanecen dentro del orden de la dispersión de los datos. Por el contrario, el porcentaje de relleno y la cantidad de paredes mostraron efectos directos y consistentes: incrementos en ambos parámetros producen aumentos apreciables en la resistencia mecánica y módulo de elasticidad, tendencia respaldada por los modelos matemáticos de ajuste obtenidos. En particular, se obtuvo que la variación entre la condición mínima estudiada para el porcentaje de relleno (10 %) y la condición máxima (100 %), se registró un aumento del 118% en el valor de la resistencia mecánica y para la cantidad de paredes, se registró un aumento del 36% entre la configuración con 2 paredes y la configuración con 6 paredes. El análisis global evidencia que la mayor parte de la resistencia mecánica del PLA está condicionada por la cantidad de material sólido dentro del volumen de la probeta(...).

This study experimentally evaluates the influence of various printing parameters on the mechanical behavior of polylactic acid (PLA) manufactured using fused deposition modeling (FDM) additive manufacturing technology. To this end, standardized ASTM D638 specimens were fabricated under controlled conditions, independently varying four printing parameters: printing orientation, infill percentage, wall count, and infill pattern. Each batch was printed using an Ender 3 V3 KE printer and subsequently tested in tension using a Zwick/Roell Z100 universal testing machine equipped with a 5 kN load cell. The results obtained allow identifying the degree of influence of each parameter on the tensile strength and elastic modulus of PLA. It was observed that printing orientation and infill pattern exhibit minimal influence, with differences between configurations remaining within the order of the data dispersion. In contrast, infill percentage and wall count showed direct and consistent effects: increases in both parameters led to appreciable improvements in mechanical strength and elastic modulus, a trend supported by the mathematical fitting models obtained. Specifically, a variation between the minimum studied infill condition (10 %) and the maximum (100 %) resulted in a 118% increase in tensile strength, while wall count produced a 36% increase when comparing the 2- wall configuration to the 6-wall configuration. The overall analysis shows that most of the mechanical strength of PLA is governed by the amount of solid material within the specimen volume(...).