Caracterización de las propiedades mecánicas a tensión y compresión del filamento pla madera para la obtención de piezas mediante impresión 3D

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

In the current context of increasing demand for sustainable materials and the search for alternatives to traditional plastics, research on biodegradable composites for additive manufacturing has gained significant relevance. Polylactic acid (PLA), a biodegradable polymer derived from renewable resources, has emerged as a popular option in 3D printing. However, its mechanical properties may limit its application in certain areas. To address this limitation, the incorporation of recycled wood into PLA has been proposed as a promising solution. This approach aims not only to improve the mechanical properties of 3D printed materials but also to reduce environmental impact by utilizing recycled materials. The combination of PLA with recycled wood can result in composites that are more durable, lightweight, and rigid, thereby expanding their range of applications in 3D printing. The overall goal of the research is to evaluate the potential of PLA combined with recycled wood as a material for 3D printing, focusing on the characterization of its mechanical properties in tension and compression. To achieve this, the research is based on several fundamental aspects, including the study of the mechanical properties of pure PLA, the selection of the printer capable of using this filament, and the configuration parameters in 3D printing. Specifically, existing literature on PLA behavior under tension and compression, the influence of different types of fillers in 3D printing, ASTM standards such as ASTM D638 for tensile tests and ASTM D695 for compression tests is reviewed. Finally, samples are prepared by designing and fabricating standardized test specimens according to ASTM standards, and 3D printing of the specimens is carried out by varying the printing parameters according to the experimental design. Mechanical tests are conducted using the machine universal Testing Machine WDW-10 recording the force and deformation data for each test. The results obtained are statistically analyzed to compare the mechanical properties of the different samples and thus identify the relationship between the printing parameters and the mechanical properties. It is expected that the results of this research will allow to characterize the tensile and compressive mechanical properties of PLA combined with wood, identify the most effective printing parameters, and evaluate the potential of the composite material.

Descripción

En el contexto actual de creciente demanda por materiales sostenibles y la búsqueda de alternativas a los plásticos tradicionales, la investigación sobre compuestos biodegradables para la fabricación aditiva ha cobrado gran relevancia. El ácido poliláctico (PLA), un polímero biodegradable derivado de recursos renovables, ha surgido como una opción popular en la impresión 3D. Sin embargo, sus propiedades mecánicas pueden limitar su aplicación en ciertas áreas. Para abordar esta limitación, se ha propuesto la incorporación de madera reciclada al PLA como una solución prometedora. Este enfoque no solo pretende mejorar las propiedades mecánicas de los materiales impresos en 3D, sino que también busca reducir el impacto ambiental al utilizar materiales reciclados. La combinación de PLA con madera reciclada puede resultar en compuestos que son más resistentes, ligeros y rígidos, ampliando así su rango de aplicaciones en la impresión 3D. El objetivo general de la investigación es evaluar el potencial del PLA combinado con madera reciclada como material para impresión 3D, con una orientación en la caracterización de sus propiedades mecánicas a tensión y compresión. Para lograr esto, la investigación se basa en varios aspectos fundamentales, incluyendo el estudio de las propiedades mecánicas del PLA puro, la selección de la impresora capaz de usar este filamento y los parámetros de configuración en la impresión 3D. Específicamente, se revisa la literatura existente sobre el comportamiento del PLA bajo tensión y compresión, la influencia de diferentes tipos de rellenos en la impresión 3D, Los estándares ASTM, como el ASTM D638 para ensayos de tracción y el ASTM D695 para ensayos de compresión y finalmente, se preparan las muestras, diseñando y fabricando probetas normalizadas según las normas ASTM, y se realiza la impresión 3D de las probetas variando los parámetros de impresión de acuerdo con el diseño experimental. Los ensayos mecánicos se llevan a cabo utilizando la máquina universal de ensayos Universal Testing Machine WDW-10 registrando los datos de fuerza y deformación para cada prueba. Los resultados obtenidos se analizan estadísticamente para comparar las propiedades mecánicas de las diferentes probetas y así identificar la relación entre los parámetros de impresión y las propiedades mecánicas. Se espera que los resultados de esta investigación permitan caracterizar las propiedades mecánicas a tensión y compresión del PLA combinado con madera, identificar los parámetros de impresión más efectivos y evaluar el potencial del material compuesto.

Palabras clave

Ácido poliláctico, Material compuesto, Modulo young, Deformación, Impresión 3D

Materias

Ingeniería Mecánica -- Tesis y disertaciones académicas

Citación