{rfName}
To

Llicència i ús

Altmetrics

Grant support

We acknowledge the support from the MAD2D-CM project on Twodimensional disruptive materials funded by the Community of Madrid, the Recovery, Transformation and Resilience Plan, Spain, and NextGenerationEU from the European Union. Additionally, M.G. was supported by the U.S. National Science Foundation Division of Material Research, Spain (Grant No. DMR2153316) through the International Research Experience for Students (IRES) program.

Anàlisi d'autories institucional

Özdemir, BurcuAutor o coautor

Compartir

Publicacions
>
Article

Toward 3D printability prediction for thermoplastic polymer nanocomposites: Insights from extrusion printing of PLA-based systems

Publicat a:Additive Manufacturing. 95 104533- - 2024-09-05 95(), DOI: 10.1016/j.addma.2024.104533

Autors: Ozdemir, B; Hernández-del-Valle, M; Gaunt, M; Schenk, C; Echevarría-Pastrana, L; Fernández-Blázquez, JP; Wang, DY; Haranczyk, M

Afiliacions

IMDEA Mat Inst, C-Er Kandel 2, Getafe 28906, Madrid, Spain - Autor o coautor
Michigan State Univ, E Lansing, MI 48824 USA - Autor o coautor
Univ Carlos III Madrid, Leganes 28911, Madrid, Spain - Autor o coautor
Univ Politecn Madrid, Madrid 28040, Spain - Autor o coautor

Resum

The development of new thermoplastic-based nanocomposites for, as well as using, 3D printing requires extensive experimental testing. One typically goes through many failed, or otherwise sub-optimal, iterations before finding acceptable solutions (e.g. compositions, 3D printing parameters). It is desirable to reduce the number of such iterations as well as exclude failed experiments that often require laborious disassembly and cleaning of the 3D printer. This issue could be addressed if we were able to understand, and ultimately predict ahead of experiments if a given material can be 3D printed successfully. Herein, we report on our investigations into forecasting the printing and resultant properties of polymer nanocomposites while encompassing both material properties and printing parameters, enabling the model to generalize across various thermoplastics and additives. To do so, nanocomposites of two different commercially available bio-based PLAs with varying concentrations of nanoclay (NC) and graphene nanoplatelets (GNP) were prepared using a twin-screw extruder. The thermal and rheological properties of the nanocomposites were analyzed. These materials were printed at varying temperature and flow using a pellet printer. The quality of the printing was evaluated by measuring weight fluctuation, internal diameter of cylindrical specimen, and surface uniformity. The interactions between material properties and printing parameters are complex but captured effectively by a machine learning model, specifically we demonstrate such a predictive model to forecast printability and, printing quality utilizing a Random Forest algorithm. Printability was predicted by developing a classification model with constraints based on the weight fluctuation (Delta W) of the printed sample w.r.t. the optimal print; defining "not printable" for -1.0 = -0.8. The classification model for predicting printability, performed well with an accuracy of 92.8% and identified flow index and complex viscosity, contributing 52% to the model's importance. Another model to predict Delta W of the only on successful prints also showed strong performance, emphasizing the importance of viscoelastic properties, thermal stability, and printing temperature. For diameter change (Delta D-i), the Random Forest model identified flow consistency index, complex viscosity, and thermal stability as influential parameters, with crystallization enthalpy gaining increased importance, reflecting its role in crystallization and shrinkage. In contrast, the surface roughness average (RA) model had lower performance, yet revealed remarkable insights regarding the feature importance with crystallization enthalpy and complex viscosity being most significant.

Paraules clau

Machine learninMachine learningNanocompositesPellet 3d printerPrintabilityRheologyThermoplastics

Indicis de qualitat

Impacte bibliomètric. Anàlisi de la contribució i canal de difusió

El treball ha estat publicat a la revista Additive Manufacturing a causa de la seva progressió i el bon impacte que ha aconseguit en els últims anys, segons l'agència WoS (JCR), s'ha convertit en una referència en el seu camp. A l'any de publicació del treball, 2024 encara no hi ha indicis calculats, però el 2023, es trobava a la posició 51/439, aconseguint així situar-se com a revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoria Materials Science, Multidisciplinary.

Independentment de l'impacte esperat determinat pel canal de difusió, és important destacar l'impacte real observat de la pròpia aportació.

Segons les diferents agències d'indexació, el nombre de citacions acumulades per aquesta publicació fins a la data 2025-05-28:

  • Scopus: 1

Impacte i visibilitat social

Des de la dimensió d'influència o adopció social, i prenent com a base les mètriques associades a les mencions i interaccions proporcionades per agències especialitzades en el càlcul de les denominades "Mètriques Alternatives o Socials", podem destacar a data 2025-05-28:

  • L'ús d'aquesta aportació en marcadors, bifurcacions de codi, afegits a llistes de favorits per a una lectura recurrent, així com visualitzacions generals, indica que algú està fent servir la publicació com a base del seu treball actual. Això pot ser un indicador destacat de futures cites més formals i acadèmiques. Aquesta afirmació està avalada pel resultat de l'indicador "Capture", que aporta un total de: 10 (PlumX).

Anàlisi del lideratge dels autors institucionals

Aquest treball s'ha realitzat amb col·laboració internacional, concretament amb investigadors de: United States of America.

Hi ha un lideratge significatiu, ja que alguns dels autors pertanyents a la institució apareixen com a primer o últim signant, es pot apreciar en el detall: Primer Autor (ÖZDEMIR, BURCU) .