{rfName}
Mu

Llicència i ús

Licencia

Altmetrics

Anàlisi d'autories institucional

Lazaro-Hdez, CarlosAutor o coautorSánchez Nacher, LourdesAutor o coautorIvorra-Martínez, JuanAutor (correspondència)Boronat, TeodomiroAutor o coautor

Compartir

20 denovembre de 2025
Publicacions
>
Article
No

Multimaterial PLA with tailored plasticization using fused deposition modeling for improved flexibility and shape memory recovery

Publicat a: RAPID PROTOTYPING JOURNAL. 31 (11): 231-246 - 2025-01-01 31(11), DOI: 10.1108/RPJ-02-2025-0063

Autors:

Lazaro-Hernández, Carlos; Valerga Puerta, Ana Pilar; Sanchez-Nacher, Lourdes; Ivorra-Martinez, Juan; Boronat, Teodomiro
[+]

Afiliacions

Univ Cadiz, Dept Mech Engn & Ind Design, Cadiz, Spain - Autor o coautor
Univ Politecn Valencia, Inst Univ Invest Tecnol Mat, Valencia, Spain - Autor o coautor

Resum

PurposeThe purpose of this study is to develop and characterize high-performance, biodegradable polylactic acid (PLA)-based materials for advanced applications that demand increased flexibility and shape memory capabilities. By introducing triethyl citrate (TEC) as a plasticizer and leveraging multimaterial three-dimensional printing configurations, this research aimed to mitigate PLA's inherent brittleness and expand its functional range. Additionally, this work sought to optimize design parameters - such as infill orientation and core-shell distribution - to maximize mechanical strength, fracture toughness and shape recovery. Ultimately, this study aspired to broaden PLA's applicability in fields like biomedical devices, packaging and engineered components.Design/methodology/approachThis study used fused deposition modeling to fabricate single-material and multimaterial (core-shell) samples using PLA blended with TEC at varying concentrations (0-20 Wt%). Filaments were first compounded and then extruded into 1.75 mm diameter feedstocks. Mechanical properties were evaluated through tensile, flexural and impact tests, while shape memory behavior was quantified by bending-deformation and recovery experiments in heated water. Morphological analyses examined void formation and fracture surfaces via field emission scanning electron microscopy. Thermal transitions and melt flow indices were also characterized to elucidate the influence of plasticizer content.FindingsThe results of this study demonstrated that adding 20 Wt% TEC significantly enhanced elongation at break up to 174% compared to neat PLA with an elongation at break close to 2%. Plasticizer lowered the glass transition temperature from 62 degrees C of neat PLA to around 30 degrees C. Shape memory recovery rate above 80% in core-shell configurations was obtained, while neat PLA exhibited recovery rates around 60%. Multimaterial samples featuring soft cores and rigid shells exhibited balanced stiffness, superior impact energy absorption and more efficient shape recovery than homogeneous counterparts. Improved melt flow indices facilitated better layer adhesion, reducing voids and increasing overall part integrity. These findings underline the potential of combining plasticized PLA and careful material distribution in additive manufacturing applications.Originality/valueThis work provides a novel demonstration of how tailored plasticization and multimaterial three-dimensional printing can collectively expand the utility of PLA, bridging the gap between traditional rigidity and the demand for flexible, shape memory-enabled structures. By systematically studying both single-material and core-shell specimens, this research offers key insights into harnessing polymer chain mobility while preserving mechanical strength. In contrast to prior efforts focusing on either plasticization or complex geometries alone, this integrated approach presents a versatile design strategy that can be applied to a wide spectrum of engineering and biomedical solutions.
[+]

Paraules clau

3d printed partsAdditive manufacturingMechanical-propertiesMultimaterialParameterParametersPlasticizePlasticizerShape memory

Indicis de qualitat

Impacte bibliomètric. Anàlisi de la contribució i canal de difusió

El treball ha estat publicat a la revista RAPID PROTOTYPING JOURNAL 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, 2025, es trobava a la posició 40/182, aconseguint així situar-se com a revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoria Engineering, Mechanical.

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 2026-04-02:

  • WoS: 1
  • 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 2026-04-02:

  • 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: 13 (PlumX).
[+]

Anàlisi del lideratge dels autors institucionals

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 (Lázaro Hernández, Carlos) i Últim Autor (Boronat Vitoria, Teodomiro).

l'autor responsable d'establir les tasques de correspondència ha estat Ivorra Martínez, Juan.

[+]

Objectius del projecte

La aportación persigue los siguientes objetivos: desarrollar y caracterizar materiales biodegradables a base de ácido poliláctico (PLA) con mayor flexibilidad y capacidad de memoria de forma; introducir triacetato de citrato (TEC) como plastificante para reducir la fragilidad inherente del PLA; optimizar parámetros de diseño como la orientación del relleno y la distribución núcleo-cáscara para maximizar la resistencia mecánica, tenacidad a la fractura y recuperación de forma; evaluar las propiedades mecánicas y térmicas de muestras fabricadas mediante modelado por deposición fundida con diferentes concentraciones de TEC (0-20% en peso); y ampliar la aplicabilidad del PLA en dispositivos biomédicos, embalajes y componentes ingenieriles.
[+]

Resultats més rellevants

Los resultados más relevantes de este estudio evidencian avances significativos en la mejora de las propiedades del PLA mediante la incorporación de triethyl citrate (TEC) y configuraciones multimateriales en impresión 3D. En primer lugar, la adición del 20% en peso de TEC incrementó la elongación a la rotura hasta un 174%, frente al 2% del PLA puro. En segundo lugar, el plastificante redujo la temperatura de transición vítrea de 62 °C a aproximadamente 30 °C. Además, las muestras multimateriales con núcleos blandos y cáscaras rígidas mostraron tasas de recuperación de memoria de forma superiores al 80%, comparadas con el 60% del PLA puro. Finalmente, se observó una mejor adhesión entre capas y menor formación de vacíos, lo que incrementó la integridad estructural de las piezas.
[+]

Reconeixements vinculats a l’ítem

This research is a part of the grant PID2023-152869OB-C22 and the grant TED2021-131762A-I00, funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and by the European Union "NextGenerationEU"/PRTR. The authors also thank Generalitat Valenciana-GVA, grant number CIGE/2023/46 and CIAICO/2023/253, for supporting this work. GVA for funding a postdoc position through the CIAPOS program co-funded by ESF Investing in your future, grant number CIAPOS/2023/362. Microscopy services at UPV are also acknowledged for their help in collecting and analyzing field emission scanning electron microscopy images. GVA for funding a predoc position through the CIACIF program co-funded by ESF Investing in your future, grant number CIACIF/2023/244.
[+]