Fabricación Aditiva de Compuestos a Base de PLA Utilizando Fabricación de Filamento Fundido: Efecto del Refuerzo de Nanoplateletas de Grafeno en las Propiedades Mecánicas, Precisión Dimensional y Textura

La fabricación de filamento fundido (FFF) es una tecnología de fabricación aditiva (AM) prometedora debido a su capacidad para construir piezas de termoplásticos con ventajas en el diseño y la optimización de modelos con geometrías complejas, gran flexibilidad de diseño, reciclabilidad y bajo desperdicio de material. Esta técnica se ha utilizado extensamente para la fabricación de prototipos conceptuales más que de componentes funcionales debido a las limitadas propiedades mecánicas de las piezas de termoplásticos puros. Para mejorar el rendimiento mecánico de las piezas impresas en 3D basadas en materiales poliméricos, se han adoptado refuerzos que incluyen nanopartículas, fibras cortas o continuas y otros aditivos. La adición de nanoplateletas de grafeno (GNPs) a plásticos y polímeros se está investigando actualmente como un método prometedor para mejorar sus condiciones de trabajo debido al buen rendimiento mecánico, eléctrico y térmico exhibido por el grafeno. Aunque la investigación muestra una mejora especialmente prometedora en las conductividades térmica y eléctrica de los nanocompuestos a base de grafeno, el objetivo de este estudio es evaluar el efecto del refuerzo de nanoplateletas de grafeno en las propiedades mecánicas, precisión dimensional y textura de superficie de estructuras de ácido poliláctico (PLA) impresas en 3D fabricadas por una impresora 3D de escritorio. También se analizó el efecto de la orientación de fabricación. Se evaluaron imágenes de Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) de muestras de fallo para determinar los efectos de los parámetros del proceso en los modos de fallo. Se observó que las muestras compuestas de PLA-Grafeno mostraron, en términos generales, el mejor rendimiento en términos de tensión de tracción y flexión, particularmente en el caso de la orientación vertical (aproximadamente 1.5 y 1.7 veces mayor que las muestras de PLA y PLA 3D850, respectivamente). Además, las muestras compuestas de PLA-Grafeno mostraron la mayor resistencia al corte interlaminar (aproximadamente 1.2 veces mayor que las muestras de PLA y PLA 3D850). Sin embargo, la adición de GNPs tendió a reducir la resistencia al impacto de las muestras compuestas de PLA-Grafeno (las muestras de PLA y PLA 3D850 exhibieron una resistencia al impacto aproximadamente 1.2-1.3 veces mayor que las compuestas de PLA-Grafeno). Además, la adición de nanoplateletas de grafeno no afectó, en términos generales, la precisión dimensional de los especímenes compuestos de PLA-Grafeno. Además, las muestras compuestas de PLA-Grafeno mostraron, en términos generales, el mejor rendimiento en términos de textura de superficie, particularmente cuando las piezas se imprimieron en orientaciones planas y de borde. Los resultados prometedores en el presente estudio prueban la viabilidad de los compuestos de PLA-grafeno impresos en 3D para su uso potencial en diferentes aplicaciones como la ingeniería biomédica.