Proceedings of the 1st Iberic Conference on Theoretical and Experimental Mechanics and Materials /

11th National Congress on Experimental Mechanics. Porto/Portugal 4-7 November 2018.

Ed. J.F. Silva Gomes. INEGI/FEUP (2018); ISBN: 978-989-20-8771-9; pp. 421-424.

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PAPER REF: 7318

MÓDULO DE ELASTICIDAD A FLEXIÓN Y A TRACCIÓN EN PROBETAS REALIZADAS CON IMPRESORA 3D

H. D. Martín1(*), C. N. Maggi1, S.M. Mendoza1,2, M.T. Piovan3, D. Stechina1 1Facultad Regional Reconquista - UTN. Calle 44 Nº 1000. (3560) Reconquista.

2Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Facultad Regional Reconquista - UTN

3Facultad Regional Bahía Blanca - UTN. 11 de abril 461 (8000) Bahía Blanca

(*)Email: hmartin@frrq.utn.edu.ar

RESUMEN

El presente trabajo se ha realizado en el ámbito de proyecto de investigación en el que

intervienen dos Facultades de la Univesidad Tecnológica Nacional. En el mismo se presentan

los resultados de ensayos de tracción y flexión de probetas poli-ácido láctico (PLA) generadas

por impresoras 3D. Se estudian y comparan los resultados de probetas ensayadas que fueron

generadas variando diferentes características; entre ellas el ángulo de deposición de

filamentos de PLA, la pigmentación que confiere los diversos colores, el porcentaje de

llenado de la pieza y la posición de la probeta durante la impresión.

Palabras-clave: Impresión 3D, ensayo a flexión, ensayos a tracción, módulo de elasticidad,

PLA.

INTRODUCIÓN

Un aspecto muy importante del proceso de impresión 3D es la caracterización del material del

producto ya impreso (Ahn, S.H. -2002; M. Sugavaneswaran- 2015). Se debe destacar que las

caracterizaciones de piezas impresas con estos materiales (Poli-ácido láctico o PLA, acrilo-

nitrilo butadieno estireno o ABS) por su conformación macroestructural no tienen los mismos

valores de las propiedades materiales del filamento en crudo (previo pasaje por impulsoras y

boquilla). Sin embargo, las aplicaciones que hoy día se vienen operando en el mercado de

productos y bienes, imponen la necesidad de conocer con mayor detalle el comportamiento de

las estructuras y componentes construidos con polímeros por impresión 3D.

RESULTADOS Y CONCLUSIÓN

Los ensayos de resistencia a la flexión y a la tracción se llevaron a cabo con una máquina de

ensayos universales marca Pasco modelo ME8244. La adquisición de datos se realizó a través

del software Pasco Capstone. Los ensayos de flexión se han efectuado teniendo en cuenta los

lineamientos de la norma ISO 178-2003. Se construyeron probetas de material PLA de

dimensiones 80mm (± 2) x 10mm (±0.2) x 4mm (±0.2). Para la elaboración de todas las

probetas se ha utilizado una impresora 3D semi-profesional de clase RepRap y bajo costo de

marca registrada Replikat© y de fabricación en la República Argentina.

Se ha observado que el módulo de flexión varía significativamente en función de variables

como el sentido de deposición de filamentos, el porcentaje de llenado y los aditivos

colorantes. Se han realizado comparaciones para diferentes ángulos de deposición del

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filamento de impresión, diferentes colorantes y también para variaciones en el porcentaje de

llenado de las probetas. Se ha observado que las probetas impresas pueden presentar cierta

variabilidad de densidad respecto del ángulo de trazado de la capa.

(a)

(b)

(c)

Fig. 1 - (a) Fotografía de una probeta de PLA para ensayos de flexión; (b) Detalle de una probeta

R 45/45, donde se destaca el ángulo de deposición de filamentos [β]; (c) Probeta lista para ser

ensayada a flexión en la máquina de ensayos universales.

Se muestra a continuación los valores del módulo de elasticidad en las probetas construidas en

forma horizontal con plástico transparente, con inclinación de filamentos a 15° en una pasada

y 75° en la siguiente. El análisis de los datos se ha obtenido de dos formas distintas, por un

lado se calcula el módulo utilizando las expresiones que nos provee la norma y por otro lado

se ha utilizado la pendiente de la recta de regresión calculada con la nube de puntos de cada

ensayo en la misma zona en que se obtuvo el valor con las expresiones que provee la norma.

?

Proceedings TEMM2018 / CNME2018

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(a) (b)

Fig. 2 - (a) Gráfico con los valores de los módulos de elasticidad calculados mediante la norma (rojo) y

utilizando la pendiente de la recta de regresión de los puntos de ensayo (azul); (b) Tabla de valores para

las once probetas ensayadas de plástico transparente.

La media de los valores de módulo de elasticidad calculado con la norma es 3042,36 MPa y

utilizando regresiones es 3052,02 MPa, los correspondientes desvíos 259,97 y 249,75.

Los ensayos a tracción se realizaron según la norma ISO 527-2/2012 sobre determinación de

las propiedades a tracción de los plásticos.

Se construyeron probetas del tipo 5A con secciones e interior sólidos, disponiendo los

filamentos en varios ángulos de orientación β, según se puede observar en la Figura 2.

Se ha utilizado la misma impresora 3D con la que se elaboraron las probetas de flexión. Estos

ensayos de resistencia a la tracción se realizaron con la misma máquina de ensayos universal

con las mordazas correspondientes para este tipo de ensayo.

Fig. 3 - Probetas tipo 5A. Izq.: impresa con los filamentos en el sentido en que se aplican los esfuerzos de

tracción; centro: con filamentos en ángulo; derecha: detalle de filamentos con ángulo β.

Track-C: Composite and Advanced Materials

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En la realización de los ensayos a tracción se estableció una precarga pequeña (sugerida por el

fabricante de la máquina de ensayo) de igual magnitud para todas las probetas, a partir de allí

se comienzan a medir los otros parámetros: desplazamientos y carga.

Con esto, todos los ensayos tienen un punto de partida común, evitando así manipulaciones

excesivas de los datos registrados.

Se han estudiado los rangos de variación de los ensayos en gráficas de tensión-deformación

obtenidas en probetas con diversos valores del ángulo β.

Se comparan ensayos realizados con probetas de distintas pigmentaciones, arribándose a

conclusiones muy interesantes.

Teniendo en cuenta tales variaciones, se puede destacar que el valor promedio de la máxima

tensión de tracción no se aleja mucho con respecto a los resultados observados en la literatura

abierta internacional.