Reología aplicada a la impresión 3D de polímeros

Abstract

[ES]La impresión 3D es un proceso útil para fabricar piezas con geometrías complejas capa a capa sin necesidad de moldes. Este proceso se ha desarrollado en los últimos años, pero, aun así, los factores fisicoquímicos que afectan a la impresión no están claros. En este proyecto se pretende correlacionar las propiedades térmicas y reológicas de los materiales y su capacidad de impresión. Para ello, se han utilizado materiales comerciales ampliamente utilizados como poli ácido láctico (PLA), copolímeros acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) y materiales flexibles en base a poliuretano. El estudio de las propiedades térmicas y reológicas realizado ha demostrado que los procesos de extrusión se ven favorecidos para valores de modulo alto y/o viscosidades en fundido bajas. Del mismo modo, el pegado está asociado a las propiedades viscoelásticas del material en fundido. Para que el pegado sea efectivo, el material debe tener un comportamiento predominantemente viscoso a la temperatura de pegado. Sin embargo, aunque el material presente un comportamiento elástico, se puede dar el pegado siempre que su módulo de almacenamiento sea suficientemente bajo. Finalmente, la calidad de las piezas se ve afectada por los flujos elongacionales a la salida de la boquilla.

[EN]3D printing is a useful manufacturing process that permits to build complex geometries using a layer-by-layer process, without the need of moulds. This process has been developed in the last decade, but the physicochemical factors that govern the printing are still not clear. The goal of this project is to correlate the thermal and rheological properties of the materials and their printing capability. To do so, widely used commercial materials have been used, such as polylactic acid (PLA), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS) and polyurethane based flexible materials. The studied thermal and rheological properties demonstrated that extrusion processes are favoured for materials with high modulus and low melt viscosity values. In the same way, layer adhesion is associated with the viscoelastic properties of the molten material. For the adhesion to be effective, the material needs to have a mainly viscous behaviour at the adhesion temperature. However, even if the material shows an elastic behaviour, the adhesion is possible, whenever its storage modulus is low enough. Finally, it has been demonstrated that the quality of the printed parts is affected by the elongational flow at the nozzle’s exit.