Effect of infill parameters on mechanical properties in additive manufacturing

Abstract

[EN] The purpose of this paper is to study and outline the effects of infill parameters (percentage and pattern) using fused deposition manufacturing on mechanical properties of PLA printed samples. Three infill patterns were tested (rectilinear, honeycomb and Hilbert curve) while infill percentage was tested at three levels (20, 60 and 90 per cent). The properties examined were tensile strength, tensile modulus, elongation, Charpy impact test, morphology of the fractures of tensile and impact test and thermo mechanical analysis. Also, a thermal analysis was done using differential scanning calorimetry to the raw polymer in order to determine the processing temperature. Results showed the influence of the filling parameters in 3D printing on the mechanical properties of the obtained part. The filling pattern greatly influences the mechanical properties of parts with low filling percentages. Honeycomb filling pattern is the one with better mechanical results. The complexity of the filling pattern influences on the processing time. Nozzle direction changes in complex patterns lengthen processing time. Results can significantly influence custom design and manufacturing of parts using material fused deposition modeling.

[ES] El propósito de este trabajo es estudiar y esbozar los efectos de los parámetros del relleno (porcentaje y patrón) de la fabricación por deposición fundida sobre las propiedades mecánicas de probetas de PLA. Se han analizado tres patrones de relleno (rectilíneo, panal de abeja y curva Hilbert), y tres porcentajes de relleno distintos (20, 60 y 90 por ciento). Las propiedades examinadas fueron resistencia a la tracción, módulo de tracción, alargamiento, tenacidad utilizando ensayo Charpy, morfología de las fracturas de los ensayos de tracción e impacto y análisis termomecánico. Además, se realizó un análisis térmico utilizando calorimetría diferencial de barrido al polímero virgen para determinar la temperatura de procesamiento. Los resultados mostraron la influencia de los parámetros de llenado en la impresión 3D sobre las propiedades mecánicas de la pieza obtenida. El patrón de llenado influye en gran medida en las propiedades mecánicas de las piezas con bajos porcentajes de relleno. El patrón de relleno de panal de abeja es el que tiene mejores resultados mecánicos de los tres analizados. La geometría del patrón de relleno también influye sobre el tiempo de procesado. Los cambios de dirección de las boquillas en patrones complejos alargan el tiempo de procesamiento. Los resultados obtenidos pueden influir significativamente en el diseño y la fabricación de piezas a medida mediante el modelado de la deposición de material fundido.