Aplicación del diagrama de fallo a placas de PLA reforzado con grafeno fabricadas mediante impresión 3D

Abstract

Los diagramas de fallo (Failure Assessment Diagrams, FADs) son una herramienta empleada en la evaluación de la integridad estructural de componentes estructurales agrietados, analizando simultáneamente su comportamiento frente a fractura y frente a colapso plástico. Los componentes fabricados mediante impresión 3D, particularmente los obtenidos a partir de filamentos de polímeros fundidos, están asumiendo cada vez más exigencias estructurales, más allá de su tradicional uso para prototipos. Los componentes estructurales fabricados por este método, al igual que los fabricados por procesos convencionales, pueden contener defectos tipo entalla (poros, ranuras, esquinas, agujeros, etc.) que comprometan su integridad estructural, lo que hace necesaria su evaluación de integridad mediante el uso de procedimientos específicos que tengan en cuenta el efecto entalla. Este trabajo propone el uso de la Opción 1 del Diagrama de Fallo recogido en la norma BS7910, junto con una corrección del efecto entalla proporcionada por la Teoría de las Distancias Críticas (TDC), para analizar placas de PLA reforzado con grafeno fabricadas por impresión 3D, sometidas a cargas de tracción pura y que contienen entallas en U y V. Los resultados obtenidos validan esta metodología ya que los puntos que representan la rotura se encuentran en la zona de condiciones inseguras del FAD, con un conservadurismo razonable.

Failure Assessment Diagrams (FADs) are tools to evaluate the structural integrity of cracked structural components, analyzing their process of fracture and plastic collapse simultaneously. 3D printing manufactured components, particularly those obtained from fused polymer filaments, are assuming more structural demands, beyond their traditional use for prototypes. Structural components manufactured by this method, like those made by conventional processes, may contain notch-type defects (pores, grooves, corners, holes, etc.) that compromise their structural integrity. This makes to evaluate their integrity using procedures that take into account the notch effect mandatory. This work proposes the use of Option 1 of the FADs included in BS7910, together with a correction for the notch effect using the Theory of Critical Distances (TCD), to analyze graphene-reinforced PLA plates manufactured by 3D printing, subjected to pure tensile loads and containing U and V notches. The results validate this methodology since the points that represent the fracture are located in the FAD unsafe conditions zone, with enough conservatism.