Problema: Resiliència Charpy del PLA

1. Introducció

Es realitza un assaig de resiliència Charpy sobre una peça impresa en PLA per determinar la seva resistència a l'impacte. Aquest assaig consisteix a colpejar una mostra en forma de prisma amb una massa pèndol i mesurar l'energia absorbida.

Les dades experimentals obtingudes són:

Pes del pèndol: \( m = 2 \) kg
Alçada inicial del pèndol: \( h_0 = 0.5 \) m
Alçada final després de l'impacte: \( h_f = 0.1 \) m
Amplada de la mostra: \( b = 10 \) mm
Gruix de la mostra: \( t = 5 \) mm

2. Preguntes

2.1 Càlcul de l'energia absorbida

L'energia absorbida per la mostra es calcula com la diferència d'energia potencial:

\[ E = mg(h_0 - h_f) \]

Solució:

Substituïm les dades:

\[ E = (2)(9.81)(0.5 - 0.1) \] \[ = 2 \times 9.81 \times 0.4 \] \[ = 7.848 \text{ J} \]

Resposta: \( E \approx 7.85 \) J

2.2 Càlcul del mòdul de resiliència

La resiliència específica es calcula dividint l’energia per l’àrea de la secció transversal de la mostra:

\[ U = \frac{E}{b \cdot t} \]

Solució:

Substituïm les dades:

\[ U = \frac{7.85}{(10 \times 5) \times 10^{-6}} \]

Convertim a mm²:

\[ = \frac{7.85}{50 \times 10^{-6}} \] \[ = 157 \times 10^3 \text{ J/m}^2 = 157 \text{ kJ/m}^2 \]

Resposta: \( U \approx 157 \) kJ/m²

2.3 Comparació amb altres materials

Comparar la resiliència obtinguda amb els valors típics de:

PLA segons literatura: \( 100-200 \) kJ/m²
ABS: \( 250-400 \) kJ/m²
Alumini: \( 30-60 \) kJ/m²
Acer estructural: \( 500-1500 \) kJ/m²

Conclusió:

El valor obtingut de \( U = 157 \) kJ/m² està dins del rang esperat per al PLA.
El PLA és menys resistent a l'impacte que l'ABS, però molt més que l'alumini.
No és adequat per a aplicacions d'alt impacte com peces de màquines.

3. Conclusions

Després de realitzar els càlculs, reflexiona sobre:

Com es comportaria el PLA en un impacte a baixa temperatura?
Per què l’ABS és més resistent a l'impacte que el PLA?
Podria substituir materials metàl·lics en estructures de seguretat?