Fabricación bajo demanda por extrusión de filamento a medida para impresión 3D por FDM de componentes mecánicos de alta resistencia

Abstract

El objetivo del proyecto consiste en estudiar el comportamiento de endurecedores en materiales termoplásticos para la fabricación aditiva. Dentro de la impresión 3D, el método elegido es el FDM. Para ello, se realizará un estudio de los materiales disponibles para la impresión 3D, y una vez elegido, se compararán tres tipos del mismo material, uno comercial, otro extruido a partir de granza y otro de una granza reforzada con grafeno. Para evaluar el cambio en las propiedades, se realizarán ensayos de tracción, térmicos (DSC) y de degradación al material en forma de filamento extruido para tratar de predecir su comportamiento en el proceso de impresión 3D. Finalmente se realizará un ensayo de tracción de probetas fabricadas mediante impresión con los tres tipos de material.

En cuanto a los resultados obtenidos, se ha observado que la adición de grafeno en las cantidades estudiadas no mejora las propiedades mecánicas del filamento, aportando fragilidad. Los ensayos de envejecimiento del filamento han demostrado que, en presencia de humedad, el refuerzo de grafeno hace que el material absorba más agua que los otros filamentos. Los ensayos térmicos han demostrado que el filamento con grafeno es más amorfo, lo que puede favorecer la degradación.

Respecto al material fabricado mediante FDM, la presencia de grafeno mejora el módulo de Young de las probetas impresas a pesar de reducir la ductilidad. Sin embargo, al no ser una mejora significativa, entrarían en juego otros factores como el económico.

Como conclusiones, se ha observado que la presencia del grafeno modifica las propiedades del filamento, afectando a las piezas finales impresas. La adición de grafeno al filamento afecta a la conductividad eléctrica y térmica, que a la vista de los resultados obtenidos no se puede dejar de lado el efecto que tiene sobre las propiedades mecánicas y la degradación del filamento.

The objective of the project is to study the behavior of hardeners in thermoplastic materials for additive manufacturing. Within 3D printing, the chosen method is FDM. For this purpose, a study of the materials available for 3D printing will be carried out, and once chosen, three types of the same material will be compared, one commercial, one extruded from pellets and one from a pellet reinforced with graphene. To evaluate the change in properties, tensile, thermal (DSC) and degradation tests will be performed on the material in the form of extruded filament to try to predict its behavior in the 3D printing process. Finally, a tensile test will be performed on specimens manufactured by printing with the three types of material.

As for the results obtained, it has been observed that the addition of graphene in the quantities studied does not improve the mechanical properties of the filament, providing brittleness. The filament aging tests have shown that, in the presence of humidity, the graphene reinforcement causes the material to absorb more water than the other filaments. Thermal tests have shown that the filament with graphene is more amorphous, which may favor degradation.

With respect to the FDM material, the presence of graphene improves the Young's modulus of the printed specimens despite reducing the ductility. However, since it is not a significant improvement, other factors such as economical ones come into play.

As conclusions, it has been observed that the presence of graphene modifies the properties of the filament, affecting the final printed parts. The addition of graphene to the filament affects the electrical and thermal conductivity, which in view of the results obtained, the effect it has on the mechanical properties and degradation of the filament cannot be ignored.