An experimental study of PLA mechanical behavior against 3D printing process parameters

A impressão 3D pelo método de deposição de material fundido tem inúmeras possibilidades frente às suas aplicações em fabricação de componentes. Este processo já é largamente utilizado, principalmente em prototipagem, devido a sua flexibilidade. Para que sua aplicação possa ser estendida para a produção industrial, existem problemas associados ao custo de produção devido ao fato de que este método ainda é lento. Além disso, há certa dificuldade técnica em prever o comportamento mecânico dos componentes impressos 3D. Um dos motivos para isso é que este processo pode gerar peças com diferentes comportamentos mecânicos segundo os parâmetros de impressão. A rigidez e a resistência do componente, bem como o grau de anisotropia, podem ser significativamente diferentes. Isto normalmente inviabiliza sua utilização para fabricar componentes com responsabilidade mecânica, uma vez que não se tem muita segurança nas propriedades mecânicas. Assim, este trabalho apresenta um estudo sobre como diferentes velocidades de impressão e da utilização de ventilação forçada afetam a resposta mecânica e as dimensões do componente. Para o estudo foi utilizado o Poliácido Láctico (PLA) devido à sua larga utilização em impressão 3D e por ser um material biodegradável e bioabsorvível. Corpos de prova foram submetidos a ensaios de tração. Os resultados, por fim, foram analisados por análises estatísticas para determinar quais fatores tiveram influência sobre os parâmetros em estudo. Foi concluído que a velocidade de impressão e a utilização de ventilação demonstraram influência sobre as propriedades mecânicas no sentido transversal, porém não no sentido longitudinal. Outra conclusão foi que a velocidade de impressão apresentou influência sobre as dimensões dos corpos de prova impressos no sentido transversal. Por fim, foi encontrada uma combinação de parâmetros que produziu corpos de prova com propriedades mecânicas estatisticamente não anisotrópicas.The 3D printing by fused material deposition modeling method has numerous possibilities relative to its applications in components manufacturing. This process already is widely used, mostly for prototyping, due to its flexibility. So that its application can be extended to industrial manufacturing there is a cost difficulty, since this method is still slow. In addition, there are technical difficulties to predict the 3D printed material mechanical behavior. One of the reasons for this difficulty is that this process results in parts with different mechanical behavior depending on the printing parameters. The part rigidity and strength, as well as the anisotropy degree, can be significantly different. Usually this characteristic makes it complex to produce parts that require mechanical performance, since there is uncertainty over its mechanical properties. In view of this, this work presents a study about how different printing speeds and the use of ventilation affects the mechanical behavior and the dimensions of the component. The material used for this study was PLA due to its wide use in 3D printing and because it is biodegradable and bioabsorbable. Test specimens were subjected to tensile tests. Lastly, the results were analyzed by statistical analysis to determine which parameters had influence on the properties under study. It was concluded that the printing speed and the use of ventilation showed an influence on the mechanical properties in the transverse orientation, but not in the longitudinal. Another conclusion was that the printing speed showed influence on the dimensions of the test specimens printed in the transverse orientation. Finally, a combination of printing parameters that produced test specimens with statistically non-anisotropic mechanical properties was found