The use of continuous fiber as reinforcement in polymer additive manufacturing technologies enhances the mechanical performance of the manufactured parts. This is the case of the Carbon-Fiber reinforced PolyAmide (CF/PA) used by the MarkForged MarkTwo^® 3D printer. However, the information available on the mechanical properties of this material is limited and with large variability. In this work, the in-plane mechanical properties and the interlaminar fracture toughness in modes I and II of Markforged’s CF/PA are experimentally investigated. Two different standard specimens and end-tabs are considered for the in-plane properties. Monolithic CF/PA specimens without any additional reinforcement are used for the interlaminar fracture toughness characterization. Two different mode I specimen configurations are compared, and two different test types are considered for mode II. The results show that prismatic specimens with paper end-tabs are more appropriate for the characterization of the in-plane material properties. The use of thick specimens for mode I fracture toughness tests complicates the characterization and can lead to erroneous results. Contrary to what has been reported in the literature for the same material, fracture toughness in mode I is lower than for mode II, which agrees with the normal tendency of traditional composite materials.

En la actualidad, se están desarrollando nuevos estudios para encontrar materiales y geometrías que cumplan con los requisitos de rendimiento que demanda la industria. Los compuestos multimateriales que imitan patrones jerárquicos naturales ofrecen una solución prometedora para mejorar las propiedades mecánicas. En este contexto, las estructuras tipo concha de nácar basadas en una arquitectura ligera de ladrillo y mortero (plaquetas rígidas rodeadas por una matriz blanda), destacan por sus excelentes propiedades fuera del plano y resistencia al impacto. Aunque reproducir este tipo de estructuras es complejo, las tecnologías actuales de fabricación aditiva permiten su fabricación con un costo y esfuerzo razonables. Para replicar este tipo de compuestos bioinspirados se seleccionaron dos materiales: ácido poliláctico (PLA) para las plaquetas y poliuretano termoplástico (TPU) para la matriz. Este último forma parte de la categoría de materiales hiperelásticos, es decir, materiales elásticos no lineales, cuya deformación última es muy elevada, aproximadamente un 500%, y cuyo comportamiento es incompresible o casi incompresible. Para simular estructuras fabricadas con este tipo de material es necesario definir y ajustar un modelo constitutivo y para ello, caracterizar el material de manera experimental. Por este motivo, el presente estudio se centra en el proceso de caracterización del TPU95A de Ultimaker, a través de una serie de ensayos experimentales a tensión, en los que se usaron dos tipos de probetas: probetas tipo “dog-bone” o hueso de perro, para obtener la curva esfuerzo-deformación del material, y probetas rectangulares para calcular el coeficiente de Poisson. Ante la dificultad de usar un extensómetro tradicional debido a la condición hiperelástica del material, la obtención de las deformaciones longitudinales y transversales se realizó mediante posprocesamiento digital de imágenes. El procedimiento anterior fue validado utilizando probetas de Tough PLA. Las deformaciones medidas con extensómetro coincidieron con las obtenidas a través del método óptico y el posprocesamiento de imágenes. Finalmente, se seleccionó el modelo constitutivo Marlow para simular el comportamiento del material en ABAQUS, ya que es un modelo ideal para cuando solo se tienen datos de pruebas uniaxiales.