ABSTRACT 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 of filaments 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.

RESUMEN 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 útil y 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 dirección de 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.

ABSTRACT In recent years, additive construction or 3D printing technology is being widely used for manufacturing goods. This construction procedure has and will have a great industrial impact. There are several 3D printing processes, and among of them the most known is called Fused Deposition Modeling (FDM). The objective of the present paper is oriented to the experimental characterization of the mechanical properties of pieces constructed by means of 3D printing using thermoplastic polymers. Although there are many studies about the characterization of mechanical properties in 3D printed parts, it should be noted that there is quite a little effort in evaluating the creep effect in 3D printed specimens. In this work the creep properties of the polylactic acid (PLA) are studied. This material is a thermoplastic and biodegradable biopolymer used in both amorphous and crystalline states, which has many technological applications. The tensile creep tests are performed at a temperature of 303K and at corresponding levels of tension between 25% and 50% of the yield strength of PLA. Standard specimens constructed with different layouts of plastic filament deposition are employed.

RESUMEN En los últimos años se está utilizando, ampliamente, la construcción aditiva o impresión 3D, para la fabricación de bienes tecnológicos. Este procedimiento de construcción tiene y tendrá un gran impacto industrial. Existen muchos procedimientos de impresión 3D y entre ellos el más conocido se denomina Modelado por Deposición de Filamento (MDF). El objetivo del presente trabajo se orienta a la caracterización experimental de propiedades mecánicas de piezas construidas por impresión 3D con polímeros plásticos. Si bien ya se han efectuado varios estudios sobre la caracterización de propiedades mecánicas de piezas impresas por MDF, se debe mencionar que es poco lo evaluado relativo al fenómeno de creep o de termofluencia. En este trabajo se estudian las propiedades a la termofluencia del poli(ácido láctico) (PLA). Este polímero es termoplástico y biodegradable y se utiliza tanto en estado amorfo como cristalino, por lo que presenta numerosas aplicaciones tecnológicas. Los ensayos de termofluencia por tracción, se efectúan a una temperatura de 303 K, y a niveles de tensión correspondientes entre el 25% y 50% del límite de fluencia. Para ello, se emplean probetas estandarizadas construidas con diversos trazados de deposición del filamento plástico.