Modification of poly(lactic acid) filament with expandable graphite for additive manufacturing using fused filament fabrication (FFF): effect on thermal and mechanical properties

Modificación del filamento de poli(ácido láctico) con grafeno expandible para la fabricación aditiva mediante filamento fundido (FFF): efecto sobre las propiedades térmicas y mecánicas

La fabricación con filamento fundido, más conocida como Fused Deposition Modeling®, es actualmente la tecnología de impresión 3D más extendida. Ha habido una importante demanda de desarrollo de filamentos ignífugos. De este modo, se pueden utilizar, por ejemplo, en aplicaciones electrónicas y de automoción. En este estudio, se modificó filamento PLA comercial mediante la adición de 1, 3 y 5% (%wt.) de grafito expandible. Los compuestos se reprocesaron, mediante extrusión, en filamentos para la fabricación de filamentos fundidos. Las propiedades térmicas de los compuestos de filamentos se evaluaron mediante análisis termogravimétrico y calorimetría diferencial de barrido. 

Las propiedades mecánicas de las muestras termoprensadas indicaron que no se promovió una fuerte adhesión entre el relleno y la matriz. Este es un problema con el grafito expansible del que han informado muchos autores. Todos los materiales compuestos con grafito expandible alcanzaron la clasificación V-2 de la prueba de inflamabilidad UL-94. A pesar de ello, los resultados indicaron que se redujo la inflamabilidad del PLA. Todos los filamentos compuestos eran imprimibles y los prototipos se imprimieron con éxito en 3D.

INTRODUCCIÓN

La fabricación aditiva (AM) alude a añadir materiales crudos durante la fabricación e incluye varios procesos de ensamblaje y prototipado rápido. Entre las diversas tecnologías de AM, la tecnología de extrusión de material es actualmente la más popular. Esta tecnología de extrusión de material fue desarrollada por Scott Crump en 1989 y patentada como modelado por deposición fundida (FDM, por sus siglas en inglés). Por lo tanto, FDM es el acrónimo patentado y FFF es el acrónimo de "código abierto" para máquinas con el mismo principio, y significa Fabricación por Filamento Fundido. 

En la impresión 3D de tipo FFF, un filamento de polímero termoplástico experimenta ciclos de fusión-solidificación antes de formar una forma deseada, es decir, solo se involucran procesos físicos simples de estado. Esto permite al usuario imprimir productos de cualquier dimensión y complejidad. Además, los prototipos pueden producirse de manera más rápida y personalizable.

Los polímeros termoplásticos más utilizados en la impresión 3D de tipo FFF son el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), el ácido poliláctico (PLA), el poliestireno de alto impacto (HIPS), la poliuretano termoplástico (TPU) y las poliamidas alifáticas (nylon).