Estudio sobre la reducción de poros por impresión 3D FDM utilizando microondas.

Abstract

La impresión tridimensional ha adquirido una gran relevancia en los últimos años, y el acido poliláctico (PLA) se destaca como uno de los filamentos más utilizados en el proceso de impresión 3D, una forma de fabricación aditiva (AM) en la cual la impresora deposita el material semifundido en capas sucesivas, formando la pieza en la dimensión deseada. Sin embargo, las propiedades mecánicas de las piezas impresas en 3D suelen ser bajas debido a la formación deficiente de enlaces entre los filamentos y a las tensiones térmicas residuales generadas por las variaciones de temperatura durante la impresión 3D del filamento. Para mejorar estas propiedades mecánicas y la estructura del PLA impreso, se pueden aplicar tratamientos térmicos después del proceso de impresión 3D. El objetivo de esta investigación es evaluar el impacto del tratamiento térmico en los parámetros mecánicos y estructurales del PLA impreso en 3D. Para ello, se llevaron a cabo impresiones con PLA estándar utilizando orientaciones de impresión horizontal y vertical. Posteriormente, las probetas impresas fueron sometidas a tratamientos térmicos en un microondas, utilizando potencias de 100 MW durante 210 segundos (T1) y 60 MW durante 510 segundos (T2). El objetivo era alcanzar una temperatura en el rango de 90°C a 95°C con las mínimas deformaciones posibles. Luego, las probetas fueron sometidas a ensayos de tracción y observación microscópica para evaluar las mejoras en las propiedades mecánicas y estructurales del PLA. Los valores del módulo elástico en las muestras sin tratamiento (ST) y en las muestras tratadas con T1 mostraron una estabilidad notable en ambas orientaciones de impresión: alrededor de 1450 MPa para 0° y 1470 MPa para 90°. Sin embargo, en las muestras tratadas con T2, se observaron fluctuaciones ligeramente mayores: 1350 MPa para 0° y 1440 MPa para 90°. Aunque la orientación de impresión tuvo un impacto algo más significativo en el caso de T2, en general, no pareció influir de manera significativa en el estudio. Esto sugiere que los tratamientos térmicos T1 y T2 afectaron más al módulo elástico que la orientación de impresión en sí. Los resultados obtenidos fueron más favorables para las probetas impresas con una orientación de 90°, como se pudo apreciar en las muestras microscópicas, las deformaciones observadas y los resultados de los ensayos de tracción.

Three-dimensional printing has gained significant importance in recent years, with polylactic acid (PLA) standing out as one of the most used filaments in the 3D printing process, a form of additive manufacturing (AM) in which the printer deposits semi-melted material in successive layers, forming the desired object in three dimensions. However, the mechanical properties of 3D-printed parts often remain low due to inadequate bonding between filaments and residual thermal stresses generated by temperature variations during 3D printing of the filament. To enhance these mechanical properties and the structure of printed PLA, post-printing thermal treatments can be applied. The aim of this research is to evaluate the impact of thermal treatment on the mechanical and structural parameters of 3D-printed PLA. Standard PLA prints were conducted using both horizontal and vertical printing orientations. Subsequently, the printed specimens were subjected to thermal treatments in a microwave, using power levels of 100 MW for 210 seconds (T1) and 60 MW for 510 seconds (T2). The objective was to reach a temperature in the range of 90°C to 95°C with minimal possible deformations. Afterward, the specimens underwent tensile tests and microscopic examination to assess improvements in the mechanical and structural properties of PLA. The values of the elastic modulus in the untreated samples (ST) and in the samples treated with T1 showed remarkable stability in both printing orientations: around 1450 MPa for 0° and 1470 MPa for 90°. However, in the samples treated with T2, slightly higher fluctuations were observed: 1350 MPa for 0° and 1440 MPa for 90°. Although the printing orientation had a somewhat more significant impact in the case of T2, overall, it did not seem to influence the study significantly. This suggests that the thermal treatments T1 and T2 had a greater effect on the elastic modulus than the printing orientation itself. The results obtained were more favorable for the specimens printed with a 90° orientation, as evidenced by microscopic samples, observed deformations, and the results of the tensile tests.