Effect of infill pattern in Fused Filament Fabrication (FFF) 3D Printing on materials performance

Abstract

Fused Filament Fabrication (FFF) is an Additive Manufacturing process popularized in the last decade due to its easiness of use and lower costs. However, despite its increasing popularity, the process itself has several gaps in knowledge, hindering further uses on more advanced objects. Also, the freedom of design allows significant variances in the printed parts, many influencing production and mechanical properties. This work studies the influences of the infill patterns in the mechanical response of printed parts. Using poly (lactic acid) (PLA), a widely used polymer in FFF process, the mechanical responses of parts printed with different infill patterns were analyzed. Rectilinear, Honeycomb, Triangle and Grid patterns were tested on impact resistance and tensile strength. Additionally, samples masses were measured and compared to the mechanical response. Results shown significant differences in the on tested properties. Tensile strength varied from 2.4 to 1.1 MPa, and impact resistance from 3.8 to 1.5 kJ/m² Also, measured mass was found to be significantly higher on the Honeycomb pattern. Considering mechanical response from both tensile and impact tests along with printed mass, Rectilinear pattern can be considered the most advantageous from the economic point of view.

Formulação e caracterização de potenciais filamentos compósitos de PLA e talos de tabaco para aplicação em manufatura aditiva

“…A introdução de pó de talos de tabaco conduziu à alteração do perfil térmico do PLA. Os valores da T g de ambos os materiais não sofreram uma alteração significativa e estão adequados com a literatura, que descreve a T g do PLA em uma faixa de 50 a 80 °C [12,43]. No caso da T m , é observável um aumento de cerca de 30 °C para o filamento compósito.…”

“…No caso da T m , é observável um aumento de cerca de 30 °C para o filamento compósito. Os valores obtidos para a T m também estão de acordo com os valores reportados na literatura 130 <T m <180 °C [12,43]. Este aumento da T m pode estar relacionado com o aumento do grau de cristalinidade (X c ) verificado para o filamento compósito.…”

“…Ainda, quando submetido a um pequeno aumento de temperatura, a sua viscosidade diminui, tornando esse polímero ideal para FFF. Em relação às propriedades mecânicas, possui alta resistência e rigidez, embora seja quebradiço [12,13].…”

Influência da temperatura ambiente no comportamento mecânico do PLA utilizado em manufatura aditiva

“…Sendo assim, fica evidente a complexidade de um processo de impressão 3D, uma vez que a alteração de qualquer um destes parâmetros pode impactar significativamente nas propriedades mecânicas finais do objeto. Portanto, a influência destes parâmetros nas propriedades mecânicas dos materiais é objeto de estudo frequente dos pesquisadores, que buscam a melhor combinação dos parâmetros para determinada aplicação [23,25,[27][28][29].…”

Influence of Infill Pattern on the Elastic Mechanical Properties of Fused Filament Fabrication (FFF) Parts through Experimental Tests and Numerical Analyses

“…The infill pattern and raster orientation have a significant impact on the mechanical properties of the FFF samples. Several studies [ 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 ] investigate the influence of these parameters on the properties of FFF printed materials, mainly PLA, but also ABS. The experimental test performed in almost all cases is the tensile test.…”