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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
Track-C: Composite and Advanced Materials
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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.
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