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LABORATORIO DE NANOTECNOLOGÍA
Impresión 3D – Nanotecnología - Nanomateriales
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 Junio 2015
IMPRESION 3D: PRUEBAS DE RESISTENCIA DE MATERIALES
DE ACUERDO A NORMA ASTM D638-10
Por: Romeo Muñoz, Ángel Hernández, Florencia Roshardt, José Roberto Vega Baudrit y Rainer Christoph
Introducción
La resistencia mecánica de los objetos fabricados
mediante la manufactura aditiva, o impresión 3D, es de
fundamental importancia para la proliferación de esta
tecnología en un vasto campo aplicaciones prácticas,
como la manufactura de repuestos y prototipos de todo
tipo.
El objetivo de este estudio es conocer la resistencia a la
tracción para objetos fabricados en 2 diferentes
materiales, en función de un importante parámetro de
fabricación: la dirección de deposición del filamento del
material fundido relativa al eje de tracción.
Metodología 
Los trabajos experimentales realizados se basan en la
metodología dictada por la norma ASTM D386-10,
diseñada para producir datos de las propiedades de
tracción para el control y la especificación de materiales
plásticos. El método consiste en los siguientes pasos:
1. Fabricación de probetas estandarizadas del material a
analizar
2. Sumisión de las probetas a un esfuerzo axial de
tracción creciente, y medición simultánea de la
elongación. 
3. Cálculo de propiedades mecánicas de las probetas, a
partir de las curvas de esfuerzo vs. elongación
obtenidas.
Trabajo experimentales
1. Fabricación de probetas
El modelo tridimensional de las probetas, con el
dimensionamiento dictado por la norma ASTM D386-10
(Ver Fig.1). El proceso de fabricación se realizó con el
método de deposición de filamento fundido, utilizando
ácido poliláctico (PLA por sus siglas en inglés) y
Laywood® un compuesto de resina sintética y material
orgánico. El impacto ecológico de estos materiales
biodegradables es relativamente leve, comprado con
otras alternativas de materiales sintéticos comúnmente
usados en la manufactura aditiva..
Para cada uno de los materiales se fabricaron 3
lotes de probetas, utilizando diferentes direcciones
de deposición del filamento fundido:
Fig. 1 Ilustración de las 3 diferentes direcciones de
deposición de filamento fundido, longitudinal (a lo largo
del eje longitudinal de la probeta), transversal (en
dirección perpendicular al eje longitudinal), y diagonal
(ángulo de 45º con el eje). 
Fig. 2. Series de probetas fabricadas mediante
deposición de filamento fundido, listas para realizar las
pruebas de tensión. Cada probeta tiene un grosor de
3.2mm y se imprimió en 30 capas con un espesor
individual de aproximadamente de 0.1mm. De izquierda
a derecha, serie Laywood Longitudinal, serie Laywood
Transversal, serie Laywood Diagonal, serie PLA
Longitudinal, serie PLA Transversal y serie PLA 
2. Experimentos de tensión
Las pruebas de tensión acorde ASTM D638-10 se
realizaron en los Laboratorio de Investigación y
Tecnología de Polímeros (POLIUNA), de la Universidad
Nacional de Costa Rica, bajo las siguientes condiciones:
Separación de mordazas de 50 mm y una velocidad de 1
mm/min con una celda de carga de 5 kN. 
Fig. 4 muestra un ejemplo de las curvas esfuerzo –
elongación obtenidas, para el caso de 4 probetas
fabricadas en PLA, con dirección de deposición del
filamento en dirección transversal a su eje.
Fig. 3. Curvas típicas de tracción vs elongación, obtenidas
para una serie de probetas en PLA, fabricadas mediante la
deposición del filamento fundido en dirección transversal,
relativa al eje longitudinal de la probeta. 
Se distinguen tres rangos: 1. rango de deformación elástica,
2. rango de deformación plástica, 3. Punto de ruptura. La
evaluación cuantitativa de esta serie de 4 mediciones,
determina una tensión de rotura por área (ultimate strength)
de 37.833 ± 2.335 MPa, y una elongación de 2.317 ± 0.165 %
de la longitud de la probeta, antes de su fractura. Para esta
serie, se determina un módulo elástico promedio de 2028.80
± 37.993 Mpa.
Resultados
Las curvas de tracción obtenidas para c/u de las 6
diferentes series de probetas se sometieron a una
evaluación automática, obteniendo los promedios de las
siguientes propiedades de material:
• La elongación de la probeta en su punto de
fractura, una medida de la deformación máxima
posible para un determinado material
• El módulo elástico ( o de Young) promedio está
asociado directamente con los cambios de
longitud que experimenta un objeto, cuando está
sometido a las acciones de tensión de tracción, o
de compresión. Es una medida de las propiedades
elásticas del material.
• La tensión mecánica en el punto de tracción
máximo, o carga de rotura, una medida de la
resistencia a tracción del material.
A continuación se detallan gráficamente los
resultados obtenidos:
A) Resultados para la elongación de la probeta en el
punto de fractura
Fig. 4. Comparación de los valores promedio de
elongación en el punto de ruptura. 
Arriba: resultados para probetas de ácido poliláctico
(PLA), fabricadas mediante deposición en direcciones
transversal, longitudinal y diagonal. Abajo: Resultados
para probetas de Laywood®, fabricadas mediante
deposición en direcciones transversal, longitudinal y
diagonal.
Para ambos materiales se observa un dependencia de la
dirección de deposición del filamento fundido. Las
probetas fabricadas con deposición en dirección
diagonal muestra más elongación antes de fisura.
B) Resultados para módulo elástico
Fig. 5. Promedio de módulo elásticos, obtenidos para
probetas en PLA, manufacturadas en diferentes
direcciones de deposición. Se documenta un
comportamiento anisotrópico, donde la dirección
longitudinal alcanza el máximo valor de 2087±29 MPa.
Ver comentarios en texto.
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Fig. 6. Promedio de módulo elásticos, obtenidos para
probetas en Laywood®, manufacturadas en diferentes
direcciones de deposición. Se documenta un comportamiento
fuertemente anisotrópico, donde las probetas fabricadas en
dirección transversal alcanzan el máximo valor promedio de
728 ± 19.8 MPa. Ver comentarios en texto.
C) Resultados para las cargas de rotura
Fig. 6. Valores promedio de las cargas de rotura, obtenidas
para series probetas fabricadas en PLA. Las series se
diferencian por la dirección de deposición del filamento
fundido. Se observa una ligera dependencia, donde la carga
de rotura alcanza el máximo de 48.5 ± 1.46 MPa, para
probetas fabricadas en dirección longitudinal. 
Fig. 6. Cargas de rotura. Valores promedio obtenidos para 3
series de probetas en Laywood. La carga de rotura alcanza su
máximo para la serie de probetas fabricada en dirección
diagonal 13.6 ± 0.75 MPa.
Discusión de Resultados
En términos generales, se documenta una notable
diferencia entre las resistencias mecánicas de los
materiales examinados: Tanto el módulo elástico,
como las cargas de roturas son claramente mayores
(factor >2) para el caso de PLA.
Los resultados también demuestran, para ambos
materiales, una fuerte incidencia del método de
fabricación, i.e. la dirección de deposición del
filamento fundido, sobre el comportamiento
mecánico. 
Para el caso de PLA, tanto los resultados obtenidos
para el módulo elástico, como los de cargas de ruptura
muestran claramente que la pieza alcanza una mayor
resistencia mecánica, cuando es fabricada en dirección
longitudinal al eje del esfuerzo. Este resultado
coincide perfectamente con la experiencia práctica,
donde también se observa que, para el caso de
objetos fabricados mediante la deposición de
filamento fundido, la falta de adherencia entre las
capas conlleva a la ruptura.
Siempre para el caso de PLA, los módulos elásticos
obtenidos son ligeramenteinferiores a los valores que
señala la literatura para el material sólido (~2000 MPa
y ~3500 MPa respectivamente). Se presume que la
causa para este efecto podría ser relacionada al
comportamiento de los filamentos individuales de las
probetas, cuando estas últimas son sometidas a
tracción. La confirmación de esta hipótesis podría
realizarse mediante la observación microscópica de
conjuntos de filamentos durante la aplicación de
fuerzas de tracción en diferentes direcciones.
En el caso del material Laywood, los resultados
obtenidos no son tan claros y contundentes. Aunque
se observa una ligera dependencia direccional de los
valores promedio de módulo y carga de rotura, estos
no son muy significativos, ya que la desviación de los
resultados individuales es mayor a la diferencias entre
las series. Una posible causa para la variación de estos
resultados podría ser relacionada con las propiedades
fuertemente higroscópicas del Laywood. Los valores
promedio relativamente bajos, obtenidas tanto para
el módulo elástico como la carga de rotura de este
material, indican que su aplicación se limita a la
fabricación de objetos que no son sometidos a cargas
dinámicas, como por ejemplo modelos
arquitectónicos. 
Los resultados obtenidos confirman que
experimentos de tracción de acuerdo a ASTM D638-10
son una metodología viable para la cuantificación del
comportamiento mecánico de materiales utilizados en
la manufactura aditiva.
Se agradece al Instituto de Ciencia, Tecnología e
Innovación por el financiamiento de este trabajo, así
como a Lanotec y Poliuna, ambos de Costa Rica, por el
soporte incondicional para la realización de las
pruebas de tensión acorde ASTM D638-10.
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https://www.researchgate.net/publication/280021837