El campo de la fabricación aditiva (AM) ha experimentado una transformación en la producción de piezas intrincadas y complejas para diversas aplicaciones. La modelación por deposición fundida (FDM), entre las técnicas de AM, ha atraído una atención significativa, particularmente en campos como los compuestos reforzados con fibra (FRC). En este estudio, se explora el mundo de los componentes de ácido poliláctico (PLA) impresos en FDM, con un enfoque en cómo las propiedades mecánicas se ven influenciadas por los porcentajes de relleno y los anchos de capa. A través de la utilización de la metodología de superficie de respuesta (RSM), se logra la optimización de la impresión 3D de FDM-PLA para una amplia gama de aplicaciones biomateriales, junto con la revelación del potencial para mejoras notables en el rendimiento mecánico. Notablemente, se logró una reducción del 91% en la rugosidad superficial de los compuestos de PLA, acompañada de una impresionante mejora del 25.6% y 34.1% en la resistencia a la tracción y el módulo de Young de los compuestos de PLA reforzados con fibra, respectivamente. Este trabajo, situado en la intersección de FDM, sienta las bases para avances sustanciales en el ámbito de la fabricación aditiva.