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Publication
Tensile behavior of FFF PLA: experimental characterization and numerical simulation
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
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| 3.96 MB | Adobe PDF |
Advisor(s)
Abstract(s)
A Fabricação por Filamento Fundido (FFF) é um método amplamente utilizado de manufatura aditiva, conhecido por sua eficiência no uso de materiais e versatilidade geométrica. No entanto, o desempenho mecânico das peças impressas por FFF é influenciado pela variabi-lidade do processo, especialmente em polímeros frágeis como o ácido polilático (PLA). Esta dissertação combina uma revisão de abordagens de simulação numérica com um estudo expe-rimental-numérico para estabelecer uma metodologia de avaliação mecânica confiável para pe-ças de PLA impressas por FFF. A revisão categoriza os modelos existentes com base no esco-amento do material fundido, comportamento térmico e simulação estrutural, destacando limi-tações na integração multifísica e na validação experimental. Experimentalmente, foram reali-zados ensaios de tração utilizando Extensômetro de Vídeo Digital (DVE) e Correlação de Ima-gens Digitais bidimensional (2D-DIC), revelando desafios relacionados à fratura prematura, defeitos entre camadas e mapeamento de deformações. Um modelo de elementos finitos foi desenvolvido para simular o comportamento elástico em condições padronizadas, apresentando concordância com o ensaio mais representativo. Os resultados apoiam o desenvolvimento de procedimentos de metodologias de ensaios padronizados e de referenciais para simulação, con-tribuindo para os objetivos do projeto NaturFAB no avanço de trabalho sustentáveis e com origem local para manufatura aditiva.
Fused Filament Fabrication (FFF) is a widely adopted additive manufacturing method known for its material efficiency and geometric versatility. However, the mechanical perfor-mance of FFF-printed parts is highly affected by process-dependent variability, particularly in brittle polymers such as polylactic acid (PLA). This thesis combines a critical review of numer-ical simulation approaches with an experimental–numerical study to establish a methodology for reliable mechanical evaluation of FFF-printed PLA. The review categorizes existing models based on melt flow, thermal behavior, and structural simulation, highlighting limitations in multiphysics coupling and experimental validation. Experimentally, tensile tests were per-formed using Digital Video Extensometer (DVE) and Digital Image Correlation (2D-DIC), re-vealing challenges related to premature fracture, interlayer defects, and strain acquisition. A finite element model was developed to simulate the elastic behavior under standardized condi-tions, showing strong agreement with the most representative test. The findings support the development of repeatable test procedures and simulation benchmarks, contributing to the goals of the NaturFAB project in advancing sustainable and locally sourced additive manufacturing workflows.
Fused Filament Fabrication (FFF) is a widely adopted additive manufacturing method known for its material efficiency and geometric versatility. However, the mechanical perfor-mance of FFF-printed parts is highly affected by process-dependent variability, particularly in brittle polymers such as polylactic acid (PLA). This thesis combines a critical review of numer-ical simulation approaches with an experimental–numerical study to establish a methodology for reliable mechanical evaluation of FFF-printed PLA. The review categorizes existing models based on melt flow, thermal behavior, and structural simulation, highlighting limitations in multiphysics coupling and experimental validation. Experimentally, tensile tests were per-formed using Digital Video Extensometer (DVE) and Digital Image Correlation (2D-DIC), re-vealing challenges related to premature fracture, interlayer defects, and strain acquisition. A finite element model was developed to simulate the elastic behavior under standardized condi-tions, showing strong agreement with the most representative test. The findings support the development of repeatable test procedures and simulation benchmarks, contributing to the goals of the NaturFAB project in advancing sustainable and locally sourced additive manufacturing workflows.
Description
Mestrado de dupla diplomação com a Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Keywords
Fabricação por filamento fundido (FFF) Ácido polilático (PLA) Extensômetro de vídeo digital (DVE) Correlação de imagens digitais (DIC) Análise por elementos finitos (FEA)