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== Abstract ==

3D printing is a promising additive manufacturing technology capable of producing functional parts of continuous fibre reinforced thermoplastic composites (CFRTPCs). Thus recyclable parts having complex geometries are obtained in a simple manner [1]. In addition, the use of thermoplastic polymers significantly reduces the manufacturing costs because, unlike thermoset polymers, autoclave is not required for curing purposes. This is one of the greatest opportunities for 3D printing as an alternative to conventional manufacturing processes [2, 3].
Pieces obtained from both, conventional manufacturing methods and 3D printing technology, consists on a sequence of stacked sheets. Although greater automation and the possibility to optimize the design of each sheet are advantages of 3D printing, the adhesion between the matrix and the reinforcement fibres is insufficient and consequently, parts with inferior mechanical properties are obtained. Some studies have been interested in the effect of different process parameters on the mechanical performance of the printed parts, however, further research is required. A fundamental challenge is to get good consolidation between the fibres and the polymer matrix, with control of the fibre orientation and low cost [4, 5].
The aim of this work was to evaluate the mechanical properties of multidirectional 3D printed continuous carbon, glass and Kevlar fibre reinforced nylon composites, manufactured by FDM technique. Special attention was paid to the impact damage resistance and tolerance.
[1] L. Nickels, Strengthening the 3D printing composites field, Reinforced Plastics, 62 (2018) 298-301
[2] L.G. Blok, M. L. Longana, H. Yu and B. K. S. Woods, An investigation into 3D printing of fibre reinforced Thermoplastic composites, Additive Manufacturing, 22 (2018) 176-186
[3] T. Liu, X. Tian, M. Zhang, D. Abliz, D. Li and G. Ziegmann, Interfacial performance and fracture patterns of 3D printed continuous carbon fibre with sizing reinforced PA6 composites, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 114 (2018) 368-376
[4] R. Velu, F. Raspall and S. Singamneni, 3D printing technologies and composite materials for structural applications, Green Composites for Automotive Applications, chapter 8 (2019) 171-196
[5] Q. Hu, Y. Duan, H. Zhang, D. Liu, B. Yan and F. Peng, Manufacturing and 3D printing of continuous carbon fiber prepreg filament, 53 (2018) 1887-1989

== Full document ==
<pdf>Media:Draft_Content_301300385native-articles-224.pdf</pdf>

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 <div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
 <span style="text-align: center; font-size: 75%;">'''Figura 1.''' Resistencia a impacto de probetas de nylon reforzadas con fibras obtenidas mediante impresión 3D: (a) dirección de impresión flat; (b) dirección de impresión on-edge.</span></div>

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 <span style="text-align: center; font-size: 75%;">'''Tabla 1.''' Resistencia al impacto de probetas de nylon sin refuerzo en función de la altura de capa y la orientación de impresión (kJ/m<sup>2</sup>). Desviación típica incluida</span></div>
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 <span style="text-align: center; font-size: 75%;">'''Tabla 2.''' Resistencia al impacto de probetas de nylon reforzadas. Desviación típica incluida</span></div>
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 En primer lugar, se va a discutir el efecto de la orientación de impresión y la altura de capa en la resistencia al impacto en probetas de nylon sin refuerzo (Tabla 1). Tras analizar los resultados se observa que existe una gran influencia de la orientación en la resistencia al impacto, especialmente en el caso de mayor altura de capa. El motivo es que las piezas obtenidas mediante impresión 3D presentan una gran anisotropía: en el caso de orientación flat, la carga de impacto es paralela a las capas e incide en la interfase entre capas sucesivas. Es por ello, que cuanto mayor es la altura de capa, menos capas son necesarias, y por lo tanto menos interfases. Ya que las zonas de unión entre capas sucesivas son zonas críticas que reducen la resistencia al impacto, las probetas flat presentan mayor resistencia al impacto cuanto mayor es la altura de capa. Por otro lado, en el caso de probetas impresas con orientación on-edge, la carga de impacto incide perpendicularmente a cada una de las capas, por lo que ahora no es la interfase la que soporta el impacto. En este caso, la mayor resistencia al impacto corresponde a una menor altura de capa ya que mayor número de capas van a estar oponiendo resistencia al impacto. En general, la resistencia a impacto para la orientación flat es superior que para la orientación on-edge, excepto para el caso de menor algura de capa (0.1 mm) en el que se obtenían valores similares. Estos resultados confirman las observaciones de estudios previos sobre polímeros termoplásticos utilizados en impresión 3D [16].
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 A continuación se discute el efecto de la adición de fibra en el comportamiento a impacto de las probetas impresas. En este tipo de probetas la unión entre la matriz (nylon) y las fibras es el principal factor que limita la resistencia a impacto de las estructuras de material compuesto obtenidas mediante impresión 3D. Es importante destacar que a diferencia de los procesos convencionales de fabricación, en impresión 3D no se aplica presión durante la fabricación lo que da lugar a una mayor presencia de defectos de fabricación, especialmente inclusiones de aire. La falta de adherencia así como la presencia de poros reducen la resistencia al impacto de las probetas. En la Tabla 2 se muestran los resultados correspondientes a la resistencia a impacto de las probetas de impresión 3D con matriz de nylon reforzadas. A partir de los resultados se puede concluir que tanto el tipo de fibra, como como la orientación de impresión y el contenido en fibra afectan significativamente al comportamiento a impacto de las probetas 3D (Figura 1). Como era de esperar, cuanto mayor es el contenido en fibra, mejor es la resistencia a impacto del material. Por otro lado, la fibra de vidrio presenta los valores más altos de resistencia al impacto, mientras que a la fibra de carbono le corresponden los valores menores. Por su parte, la fibra de kevlar presenta la peor adherencia con la matriz de nylon reduciendo la resistencia a impacto en comparación con la fibra de vidrio. Además, se puede observar que la adición de fibras mejora en mayor medida la resistencia a impacto en probetas con dirección de impresión on-edge que con dirección flat. Esto se explica teniendo en cuenta que en probetas on-edge la dirección de impacto es perpendicular a la dirección de las capas, por lo que son éstas mismas las que soportan el impacto, oponiendo mayor resistencia en el caso de probetas reforzadas. Sin embargo, en el caso de probetas flat la carga de impacto es pararela a las capas, siendo la zona de unión entre ellas la parte que debe resistir el impacto. En este último caso, no importa tanto la cantidad de capas de refuerzo que se hayan incorporado durante la impresión, sino la calidad de la unión entre las sucesivas capas.
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 <span style="text-align: center; font-size: 75%;">'''Tabla 3.''' Tiempo de impresión en función de los diferentes parámetros de impresión de probetas para impacto Charpy de nylon reforzadas con fibra continua</span></div>
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 ==4 Conclusiones==

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 El valor medio de máxima resistencia al impacto y la desviación típica correspondiente, se presentan en la Tabla 1 para el caso de probetas de nylon sin refuerzo, y en la Tabla 2 para el caso de probetas reforzadas.
-'''Tabla 1.''' Resistencia al impacto de probetas de nylon sin refuerzo en función de la altura de capa y la orientación de impresión (kJ/m<sup>2</sup>). Desviación típica incluida
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-<span style="text-align: center; font-size: 75%;">'''Tabla 2.''' Resistencia al impacto de probetas de nylon reforzadas. Desviación típica incluida.</span>
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-'''Figura 1.''' Resistencia a impacto de probetas de nylon reforzadas con fibras obtenidas mediante impresión 3D: (a) dirección de impresión flat; (b) dirección de impresión on-edge
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 Finalmente se compara la resistencia a impacto de materiales compuestos obtenidos mediante impresión 3D (matriz termoplástica de nylon reforzada con fibra continua) con la de otros termoplásticos sin reforzar o reforzados con fibra corta, así como con la resistencia a impacto de materiales compuestos de matriz termoestable obtenidos mediante técnicas convencionales (Figura 2). Es importante tener en cuenta que se trata de una comparación cualitativa, ya que tanto el polímero utilizado en la matriz como el proceso de fabricación son diferentes. Así, a partir de los resultados obtenidos, se puede afirmar que la resistencia a impacto de las probetas de polímero termoplástico obtenidas mediante impresión 3D es considerablemente inferior a la de probetas de polímero termoestable obtenidas mediante técnicas convencionales. A pesar de la baja resistencia a impacto del material compuesto obtenido por impresión 3D, la adición de fibras de refuerzo al polímero termoplástico produce un incremento de la resistencia al impacto en comparación con los termoplásticos sin reforzar, llegando incluso a alcanzar valores similares a los obtenidos con termoestables al incorporar fibra de vidrio. Además, la adición de fibras en probetas obtenidas mediante impresión 3D, mejora la estabilidad reduciendo posibles distorsiones que suelen aparecer en este tipo de probetas.
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-'''Figura 2.''' Comparación gráfica de la resistencia a impacto de diferentes termoplásticos obtenidos mediante impresión 3D y termoestables obtenidos mediante técnicas convencionales.
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 Finalmente, se estudia el tiempo de impresión de las probetas en función de la orientación de impresión, la altura de capa, el tipo de fibra y el volumen de refuerzo (Tabla 3). El tiempo de impresión se encuentra directamente relacionado con los costes de fabricación, de ahí el interés en este estudio. Las probetas con orientación on-edge presentan los mayores tiempos de impresión, sin embargo, el tiempo de impresión permanece prácticamente constante al aumentar el volumen de refuerzo. Por el contrario, en las probetas con orientación flat, que presentan menores tiempos de impresión, sí se observa un aumento considerable del tiempo de impresión y, por lo tanto del coste, al aumentar el contenido en fibra. Por otro lado, el número de capas necesarias para conseguir un espesor determinado aumenta al disminuir la altura de capa y en consecuencia, aumenta el coste de impresión.
-'''Tabla 3.''' Tiempo de impresión en función de los diferentes parámetros de impresión de probetas para impacto Charpy de nylon reforzadas con fibra continua
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 ==1 Introducción==
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 El valor medio de máxima resistencia al impacto y la desviación típica correspondiente, se presentan en la Tabla 1 para el caso de probetas de nylon sin refuerzo, y en la Tabla 2 para el caso de probetas reforzadas.
-'''Tabla 1.''' Resistencia al impacto de probetas de nylon sin refuerzo en función de la altura de capa y la orientación de impresión (kJ/m<sup>2</sup>). Desviación típica incluida.
+'''Tabla 1.''' Resistencia al impacto de probetas de nylon sin refuerzo en función de la altura de capa y la orientación de impresión (kJ/m<sup>2</sup>). Desviación típica incluida
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 Finalmente se compara la resistencia a impacto de materiales compuestos obtenidos mediante impresión 3D (matriz termoplástica de nylon reforzada con fibra continua) con la de otros termoplásticos sin reforzar o reforzados con fibra corta, así como con la resistencia a impacto de materiales compuestos de matriz termoestable obtenidos mediante técnicas convencionales (Figura 2). Es importante tener en cuenta que se trata de una comparación cualitativa, ya que tanto el polímero utilizado en la matriz como el proceso de fabricación son diferentes. Así, a partir de los resultados obtenidos, se puede afirmar que la resistencia a impacto de las probetas de polímero termoplástico obtenidas mediante impresión 3D es considerablemente inferior a la de probetas de polímero termoestable obtenidas mediante técnicas convencionales. A pesar de la baja resistencia a impacto del material compuesto obtenido por impresión 3D, la adición de fibras de refuerzo al polímero termoplástico produce un incremento de la resistencia al impacto en comparación con los termoplásticos sin reforzar, llegando incluso a alcanzar valores similares a los obtenidos con termoestables al incorporar fibra de vidrio. Además, la adición de fibras en probetas obtenidas mediante impresión 3D, mejora la estabilidad reduciendo posibles distorsiones que suelen aparecer en este tipo de probetas.
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 '''Figura 2.''' Comparación gráfica de la resistencia a impacto de diferentes termoplásticos obtenidos mediante impresión 3D y termoestables obtenidos mediante técnicas convencionales.

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