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Impacto en los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS)

Investigadores/as Institucionales

Orellana-Barrasa JAutor o CoautorTarancon SAutor o CoautorPastor JyAutor o Coautor

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23 de enero de 2023
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Artículo
Sí

Effects of Accelerating the Ageing of 1D PLA Filaments after Fused Filament Fabrication

Publicado en: Polymers. 15 (1): 69- - 2023-01-01 15(1), DOI: 10.3390/polym15010069

Autores:

Orellana-Barrasa, J; Tarancón, S; Pastor, JY
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Afiliaciones

Univ Politecn Madrid, Ctr Invest Mat Estruct CIME, Madrid 28040, Spain - Autor o Coautor
Universidad Politécnica de Madrid - Autor o Coautor

Resumen

The effects of post-treatment temperature-based methods for accelerating the ageing of PLA were studied on 1D single-PLA filaments after fused filament fabrication (FFF). The goal was to answer the questions whether the PLA can be safely aged—i.e., without degrading—at higher temperatures; at which temperatures, if any; how long it takes for the PLA to fully age at the chosen temperature; and which are the main differences between the material aged at room temperature and the material aged at higher temperatures. We also share other helpful information found. The use of 1D filaments allows for decoupling the variables related to the 3D structure (layer height, raster angle, infill density, and layers adhesion) from the variables solely related to the material (here, we analysed the molecular weight, the molecular orientation, and the crystallinity). 1D PLA filaments were aged at 20, 39, 42, 51, 65, 75, and 80 °C in a water-bath-inspired process in which the hydrolytic degradation of the PLA was minimised for the ageing temperatures of interest. Those temperatures were selected based on a differential scanning calorimetry (DSC) scan of the PLA right after it was printed in order to study the most effective ageing temperature, 39 °C, and highlight possible degradation mechanisms during ageing. The evolution of the thermal and mechanical properties of the PLA filaments at different temperatures was recorded and compared with those of the material aged at room temperature. A DSC scan was used to evaluate the thermal and physical properties, in which the glass transition, enthalpic relaxation, crystallisation, and melting reactions were analysed. A double glass transition was found, and its potential implications for the scientific community are discussed. Tensile tests were performed to evaluate the tensile strength and elastic modulus. The flow-induced molecular orientation, the degradation, the logistic fitting, and the so-called summer effect—the stabilisation of properties at higher values when aged at higher temperatures—are discussed to assess the safety of accelerating the ageing rate and the differences between the materials aged at different temperatures. It was found that the PLA aged at 39 °C (1) reached almost stable properties with just one day of ageing, i.e., the ageing rate accelerated by 875% for the elastic modulus and by 1635% for the yield strength; (2) the stable properties were higher than those from the PLA aged at room temperature; and (3) no signs of degradation were identified for the ageing temperature of interest.
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Palabras clave

ageingcompositesdschydrolytic degradationmechanical propertiesmechanical-propertiesstressestemperaturethermal properties1d pla filamentsAgeingClean water and sanitationMechanical propertiesProcess parameters influenceTemperatureThermal 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, 2023, se encontraba en la posición 19/95, consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Polymer Science.

Independientemente del impacto esperado determinado por el canal de difusión, es importante destacar el impacto real observado de la propia aportación.

Según las diferentes agencias de indexación, el número de citas acumuladas por esta publicación hasta la fecha 2026-04-25:

  • Google Scholar: 8
  • WoS: 5
  • Scopus: 6
  • Europe PMC: 2
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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 2026-04-25:

  • 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: 19.
  • 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: 19 (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.
  • El número de menciones en la red social X (antes Twitter): 1 (Altmetric).

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/94578/

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: 22
  • Descargas: 4
Siguiendo con el impacto social del trabajo, es importante enfatizar el hecho de que, por su contenido, puede ser asignado a la línea de interés del ODS 6 - Clean water and sanitation, con una probabilidad del 55% según el algoritmo mBERT desarrollado por Aurora University.
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Análisis de liderazgo de los autores institucionales

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 ).

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Objetivos del proyecto

Los objetivos perseguidos en esta aportación se centran en evaluar el envejecimiento acelerado de filamentos de PLA tras fabricación por deposición fundida. Se pretende analizar la posibilidad de envejecer el PLA a temperaturas elevadas sin degradación; determinar las temperaturas óptimas para dicho envejecimiento; establecer el tiempo necesario para alcanzar un envejecimiento completo a la temperatura seleccionada; comparar las diferencias en propiedades térmicas y mecánicas entre el PLA envejecido a temperatura ambiente y a temperaturas superiores; caracterizar las propiedades térmicas mediante calorimetría diferencial de barrido; y evaluar la resistencia y módulo elástico mediante ensayos de tracción para comprender los mecanismos de envejecimiento y degradación.
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Resultados más relevantes

Los resultados más relevantes del estudio sobre la aceleración del envejecimiento de filamentos 1D de PLA tras fabricación por deposición fundida son los siguientes: (1) el PLA envejecido a 39 °C alcanzó propiedades casi estables tras solo un día, acelerando la tasa de envejecimiento en un 875 % para el módulo elástico y un 1635 % para la resistencia a la fluencia; (2) las propiedades estables a 39 °C fueron superiores a las obtenidas con envejecimiento a temperatura ambiente; (3) no se observaron indicios de degradación a la temperatura de envejecimiento estudiada; (4) se identificó una doble transición vítrea mediante análisis DSC, y (5) el proceso minimizó la degradación hidrolítica, permitiendo evaluar con precisión la orientación molecular, la cristalización y las propiedades térmicas y mecánicas.
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