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Barrasa, JoAutor (correspondencia)Pastor, JyAutor o Coautor

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20 de septiembre de 2021
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Artículo

Characterisation and Modelling of PLA Filaments and Evolution with Time

Publicado en: Polymers. 13 (17): 2899- - 2021-09-01 13(17), DOI: 10.3390/polym13172899

Autores:

Barrasa, JO; Ferrández-Montero, A; Ferrari, B; Pastor, JY
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Afiliaciones

CY Cergy Paris Univ, Lab Physicochem Polymers & Interfaces LPPI, F-95031 Neuville Sur Oise, Cergy, France - Autor o Coautor
Inst Ceramicay Vidrio CSIC, Campus Cantoblanco, Madrid 28049, Spain - Autor o Coautor
Univ Politecn Madrid, Dept Ciencia Mat CIME, Madrid 28040, Spain - Autor o Coautor
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Resumen

The properties of polylactic acid (PLA) filaments have not yet been analysed in detail, and they are strongly affected by the extrusion process used in some additive manufacturing systems. Here we present the mechanical, thermal, physical, and fractographical properties of an extruded filament (not the bulk material or scaffolds), the basic building block of any PLA structure printed via material extrusion. This research aims to create a reference point for the modelisation of additively manufactured structures via extrusion processes, as the main building block is characterised in detail for a deep understanding. Furthermore, we investigated the natural ageing (up to one year), the effect of the printing (extruding) temperature (180 and 190 degrees C), and the effect of the crosshead speed during the tensile tests (10(-1) to 10(2) mm/min) to provide a deeper analysis of the material. The results showed that the material extruded at 190 degrees C performed better than the material extruded at 180 degrees C. However, after one hundred days of natural ageing, both materials behaved similarly. This was related to the flow-induced molecular orientation during the extrusion. The crosshead rate produced a logarithmic increase of the mechanical properties, consistent with the Eyring model. Additionally, the ageing produced significant changes in both the elastic modulus and the yield strength: from 2.4 GPa and 40 MPa, in one-day-aged samples, up to 4 GPa and 62 MPa once entirely aged. Finally, it was observed that the glass transition and the enthalpic relaxation increased with ageing, agreeing with the Kohlraushch-William-Watts model.
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Palabras clave

3d printersAgeingAnalytical modelsBasic building blockBehaviorBiodegradable polyestersBuilding blockesCrosshead speedEnthalpic relaxationEnthalpy relaxationExtrusionExtrusion processFdmGlass transitionGlass-transitionLogistic modelManufactured structuresMechanical-propertiesMolecular orientationPlaPoly lactic acidPoly(lactic acid)PolylactidePolymersPrinting tem-peraturePrinting temperatureReference pointsScaffoldsStrain rateStrain-rateTensile strengthTensile testingThermal-degradationThermo-mechanical properties

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista Polymers debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia WoS (JCR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2021, se encontraba en la posición 16/90, consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Polymer Science.

Desde una perspectiva relativa, y atendiendo al indicador del impacto normalizado calculado a partir de las Citas Mundiales proporcionadas por WoS (ESI, Clarivate), arroja un valor para la normalización de citas relativas a la tasa de citación esperada de: 1.52. Esto indica que, de manera comparada con trabajos en la misma disciplina y en el mismo año de publicación, lo ubica como trabajo citado por encima de la media. (fuente consultada: ESI 13 Nov 2025)

Esta información viene reforzada por otros indicadores del mismo tipo, que aunque dinámicos en el tiempo y dependientes del conjunto de citaciones medias mundiales en el momento de su cálculo, coinciden en posicionar en algún momento al trabajo, entre el 50% más citados dentro de su temática:

  • Media Ponderada del Impacto Normalizado de la agencia Scopus: 2.11 (fuente consultada: FECYT Mar 2025)

De manera concreta y atendiendo a las diferentes agencias de indexación, el trabajo ha acumulado, hasta la fecha 2026-04-28, el siguiente número de citas:

  • WoS: 27
  • Scopus: 37
  • Europe PMC: 15
  • Google Scholar: 42
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Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2026-04-28:

  • El uso, desde el ámbito académico evidenciado por el indicador de la agencia Altmetric referido como agregaciones realizadas por el gestor bibliográfico personal Mendeley, nos da un total de: 104.
  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 104 (PlumX).

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

  • El Score total de Altmetric: 1.

Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

  • El trabajo se ha enviado a una revista cuya política editorial permite la publicación en abierto Open Access.
  • Asignación de un Handle/URN como identificador dentro del Depósito en el Repositorio Institucional: https://oa.upm.es/94575/

Como resultado de la publicación del trabajo en el repositorio institucional, se han obtenido datos estadísticos de uso que reflejan su impacto. En términos de difusión, podemos afirmar que, hasta la fecha

  • Visualizaciones: 21
  • Descargas: 3
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Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Este trabajo se ha realizado con colaboración internacional, concretamente con investigadores de: France.

Existe un liderazgo significativo ya que algunos de los autores pertenecientes a la institución aparecen como primer o último firmante, se puede apreciar en el detalle: Primer Autor (ORELLANA BARRASA, JAIME) y Último Autor (PASTOR CAÑO, JOSE YGNACIO ).

el autor responsable de establecer las labores de correspondencia ha sido ORELLANA BARRASA, JAIME.

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Objetivos del proyecto

Los objetivos perseguidos en esta aportación se centran en caracterizar y modelar detalladamente los filamentos de ácido poliláctico (PLA) utilizados en procesos de fabricación aditiva por extrusión. Se pretende analizar las propiedades mecánicas, térmicas, físicas y fractográficas del filamento extruido, diferenciándolo del material a granel o de los andamios. Además, se busca evaluar la evolución natural del envejecimiento hasta un año, el efecto de la temperatura de impresión (180 y 190 °C) y la velocidad de la cruzeta durante ensayos de tracción (de 10⁻¹ a 10² mm/min). También se aspira a determinar la influencia de la orientación molecular inducida por el flujo y a modelar el comportamiento mecánico conforme al modelo de Eyring y los cambios térmicos según el modelo Kohlraushch-William-Watts.
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Resultados más relevantes

El estudio presenta una caracterización detallada de las propiedades mecánicas, térmicas, físicas y fractográficas de filamentos de PLA extruidos, fundamentales para la modelización de estructuras fabricadas por extrusión. Los resultados más relevantes son: el material extruido a 190 °C mostró un mejor rendimiento que el extruido a 180 °C; tras 100 días de envejecimiento natural, ambos materiales exhibieron comportamientos similares; la velocidad de desplazamiento del cabezal generó un aumento logarítmico de las propiedades mecánicas, acorde con el modelo de Eyring; el envejecimiento incrementó el módulo elástico de 2,4 GPa a 4 GPa y la resistencia al límite elástico de 40 MPa a 62 MPa; finalmente, la transición vítrea y la relajación entrálpica aumentaron con el envejecimiento, en concordancia con el modelo de Kohlrausch-Williams-Watts.
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Reconocimientos ligados al ítem

This research was funded by the Spanish Government (PID2019-106631GB-C44, MICINN/FEDER, UE) and Comunidad de Madrid Government (P2018/NMT-4511 NMAT2D-CM, P2018/NMT-4411 ADITIMAT-CM, FEDER-UE). J. Orellana acknowledges a scholarship provided by UPM and the Ministerio de Educacion, Cultura y Deporte of Spain (FPU17/02035).
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