Análisis del efecto entalla en el comportamiento a fractura de PLA y PLA reforzado con grafeno fabricado mediante impresión 3D

Abstract

RESUMEN: La evaluación a fractura del PLA y PLA reforzado con grafeno (PLA-GRA) fabricados mediante impresión 3D ha sido el objetivo fundamental en este Trabajo Final de Máster. Para ello, se han fabricado probetas de tracción y fractura con tres orientaciones de fabricación: 0/90, 30/-60 y 45/-45, de cara a analizar la influencia de este parámetro de impresión en las propiedades mecánicas finales. Se han realizado un total de 30 ensayos de tracción y 120 de fractura, cubriendo estas últimas probetas diferentes radios de entallas (0 mm, 0.25 mm, 0.5 mm, 1 mm y 2 mm). La Teoría de las Distancias Criticas ha sido aplicada a los ensayos de fractura, obteniendo estimaciones de la distancia critica (L) y predicciones de la tenacidad aparente a fractura. La adición de grafeno muestra diferentes efectos en función de la orientación de fabricación de la probeta. El grafeno causa importantes mejoras tanto en la capacidad resistente a tracción como a fractura en las orientaciones 30/-60 y 45/-45. Sin embargo, este fenómeno no se ha observado en la orientación 0/90. El análisis de las superficies de fractura por microscopía electrónica de barrido (Scanning Electron Microscopy, SEM) muestra un claro cambio en los micromecanismos de fractura entre el PLA y el PLA-GRA. También puede observarse cómo las probetas con orientaciones 30/-60 y 45/-45 presentan micromecanismos similares en sus superficies de fractura, diferentes de los observados en la orientación 0/90. Este trabajo es parte del proyecto de I+D+i MAT 2018-095400-B-I00, financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033/: FEDER “Una manera de hacer Europa”.

ABSTRACT The fracture assessment of additively manufactured PLA and graphene reinforced PLA (PLA-GR) has been performed in this paper. Tensile and fracture specimens were fabricated with three different raster orientations (0/90, 30/−60 and 45/−45) in order to analyse the effect of the printing strategy on the resulting mechanical properties. A total of 30 tensile tests and 120 fracture tests were performed, covering fracture samples with defects of different notch radii (0 mm, 0.25 mm, 0.5 mm, 1 mm and 2 mm). The Theory of Critical Distances was applied over the fracture results, obtaining estimations of the corresponding critical distances and the subsequent predictions of the apparent fracture toughness. Graphene addition has a different effect depending on the raster orientation. Graphene causes a significant improvement of tensile and fracture properties for specimens fabricated at 30/−60 and 45/−45. However, this phenomenon is not observed in raster orientation 0/90. SEM analysis shows a clear change in the fracture micromechanisms between PLA and PLA-GR. It can be also observed how graphene samples of 30/−60 and 45/−45 present a similar aspect of the fracture surfaces, which are different from those observed in raster orientation 0/90. This work is part of the I+D+i project: MAT 2018-095400-B-I00 finaced by MCIN/AEI/10.13039/501100011033/: FEDER “Una manera de hacer Europa”.