Influência de elementos aditivos no filamento de PLA, nas propriedades mecânicas de peças impressas utilizando o método FDM

Abstract

O trabalho investiga o efeito da adição de grafeno e fibra de carbono descontínua ao ácido polilático (PLA) nas propriedades mecânicas de peças produzidas por manufatura aditiva (FDM). Foram impressos corpos de prova de PLA sem aditivos, PLA com grafeno e PLA com fibra de carbono descontínua, sob orientações de 00°, 45° e 90°, e submetidos a ensaios de tração, flexão e impacto, conforme as normas ISO 527, ISO 178 e ISO 179. Os resultados mostraram que a orientação de impressão exerce forte influência sobre o desempenho mecânico: peças impressas a 00° apresentaram maior resistência, enquanto as a 45° tiveram desempenho inferior e, as a 90° tiveram o menor resultado. Entre os materiais, o PLA sem aditivos apresentou a maior resistência à tração, seguido de perto pelo PLA com grafeno, cujo comportamento indica que a adição não produziu ganhos significativos nas condições testadas. Já o PLA com fibra de carbono descontínua demonstrou menor resistência à tração, mas melhor desempenho em impacto, sugerindo comportamento mais vantajoso sob esforços dinâmicos. Conclui-se que a escolha do aditivo e dos parâmetros de impressão influencia diretamente o desempenho mecânico final. O grafeno mostrou potencial limitado nas condições testadas, enquanto a fibra de carbono descontínua pode ser útil em aplicações sujeitas a impacto. Os resultados contribuem para a compreensão do comportamento estrutural de compósitos de PLA em manufatura aditiva e para o desenvolvimento de técnicas mais eficientes para aplicações industriais.

This study investigates the effect of adding graphene and discontinuous carbon fiber to polylactic acid (PLA) on the mechanical properties of parts produced by additive manufacturing (FDM). Test specimens of PLA, PLA with graphene, and PLA with carbon fiber were printed at orientations of 00°, 45°, and 90°, and subjected to tensile, flexural, and impact tests according to ISO 527, ISO 178, and ISO 179 standards. The results showed that the printing orientation has a strong influence on mechanical performance: specimens printed at 00° exhibited the highest strength, those at 45° showed intermediate performance, and those at 90° had the lowest results. Among the materials, PLA presented the highest tensile strength, followed closely by PLA with graphene, whose behavior indicates that the additive did not produce significant improvements under the tested conditions. PLA with carbon fiber showed lower tensile strength but better impact performance, suggesting a more advantageous behavior under dynamic loads. It is concluded that the choice of additive and printing parameters directly influences the final mechanical performance. Graphene showed limited potential under the tested conditions, whereas carbon fiber may be useful for applications subjected to impact. The results contribute to understanding the structural behavior of PLA composites in additive manufacturing and to developing more efficient techniques for industrial applications.