Επιλογή συνθηκών κατεργασίας στη τρισδιάστατη εκτύπωση (FDM) πορωδών τεμαχίων με τη μέθοδο Taguchi

Φιλιππίδης, Πρόδρομος; Filippidis, Prodromos

dc.contributor.author	Φιλιππίδης, Πρόδρομος	el
dc.contributor.author	Filippidis, Prodromos	en
dc.date.accessioned	2018-07-25T09:21:52Z
dc.date.available	2018-07-25T09:21:52Z
dc.date.issued	2018-07-25
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47412
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8617
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μέθοδος Taguchi	el
dc.subject	Τρισδιάστατη εκτύπωση	el
dc.subject	Πορώδεις δομές	el
dc.subject	Taguchi method	en
dc.subject	3d printing	el
dc.subject	Porous structures	el
dc.title	Επιλογή συνθηκών κατεργασίας στη τρισδιάστατη εκτύπωση (FDM) πορωδών τεμαχίων με τη μέθοδο Taguchi	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ ΥΛΙΚΩΝ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/12ca5151411399c77d21d70b67b67a46b688b242
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-07-06
heal.abstract	Υπάρχουν διάφορες τεχνικές κατεργασιών με πρόσθεση υλικού(Additive Manufacturing-AM), η πλέον διαδεδομένη εκ των οποίων είναι η μοντελοποίηση σύντηξης εναπόθεσης (FDM). Στη διαδικασία FDM, το υλικό νήματος τροφοδοσίας θερμαίνεται και τήκεται σε ημίρρευστη κατάσταση. Στη συνέχεια, το ημίρρευστο υλικό εξωθείται μέσω του άκρου της κεφαλής του ακροφυσίου. Η κεφαλή του ακροφυσίου κινείται κατακόρυφα και οριζόντια για να σχηματίσει το τρισδιάστατο αντικείμενο απευθείας από ψηφιακό μοντέλο CAD σε μορφή διαδοχικών στρώσεων που εναποτίθενται η μία πάνω στην άλλη. Μέσω της διαδικασίας FDM μπορούν να κατασκευαστούν πορώδεις δομές (porous structures). Αυτές οι δομές είναι επαναλαμβανόμενες διατάξεις ενός μοναδιαίου κυττάρου (unit cell) σε μια ογκομετρική περιοχή. Οι πορώδεις δομές έχουν χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές μηχανικής συμπεριλαμβανομένων υπερελαφρών κατασκευών και συμβατικής ψύξης. Επίσης χρησιμοποιούνται εκτενώς ως βιοσυμβατά υλικά για ορθοπεδικά εμφυτεύματα και στη μηχανική ιστών(tissue engineering). Η μέθοδος Taguchi που αποτελεί μια τεχνική Σχεδιασμού Πειραμάτων (Design of Experiments-DOE) έχει χρησιμοποιηθεί πάρα πολύ για τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων κατεργασίας προϊόντων μέσω διεξοδικής πειραματικής έρευνας. Δεδομένου ότι η τεχνολογία ΑΜ επηρεάζεται από πολλές παραμέτρους κατεργασίας, και επί του παρόντος έχει σχετικά υψηλό κόστος ανά τεμάχιο και είναι σχετικά αργή, το κόστος ενός πειράματος πλήρους παραγοντικής μεθόδου (full factorial) είναι αρκετά σημαντικό. Ο σχεδιασμός πειραμάτων με τη μέθοδο Taguchi μπορεί να απλοποιήσει σημαντικά τον πειραματικό σχεδιασμό. Στη συγκεκριμένη εργασία γίνεται μια προσπάθεια αξιολόγησης της διαστασιακής ακρίβειας πορωδών δομών. Η διαστασιακή ακρίβεια αναφέρεται στην απόκλιση που παρατηρείται ανάμεσα στην επιθυμητές και πραγματικές τιμές των διαστάσεων των πόρων. Αφού επιλεχθούν οι παράγοντες που θα μελετηθούν καταστρώνεται το πείραμα μέσω της μεθόδου Taguchi και στη συνέχεια κατασκευάζονται τα δοκίμια. Έπειτα φωτογραφίζονται σε στερεοσκόπιο και γίνονται οι απαραίτητες μετρήσεις διαστάσεων με τη χρήση κατάλληλου λογισμικού. Τέλος γίνεται η ανάλυση των αποτελεσμάτων των μετρήσεων χρησιμοποιώντας ανάλυση Taguchi και ANOVA. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την ανάλυση των δεδομένων των μετρήσεων (ANOVA) έδειξαν ότι η ταχύτητα εκτύπωσης είναι ο παράγοντας που επηρεάζει περισσότερο τη κατεργασία FDM κατά μήκος της διεύθυνσης του Χ άξονα σε ποσοστό 59,28%. Η ταχύτητα εκτύπωσης είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας κατά μήκος του Υ άξονα σε ποσοστό 72,63%. Το πάχος στρώσης παίζει τον πιο σημαντικό ρόλο κατά μήκος του Ζ άξονα σε ποσοστό 45,79%, καθώς και το γεφύρωμα σε ποσοστό 72,06%. Για τη βελτιστοποίηση και των τεσσάρων κριτηρίων ποιότητας χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Grey Taguchi, και από την ανάλυση προέκυψε ότι θέτοντας ίσα βάρη σε όλα τα χαρακτηριστικά ποιότητας, βέλτιστος είναι ο συνδυασμός: ποσότητα αναρρόφησης ινών 0,08, πάχος στρώσης 0,4 mm, θερμοκρασία 190° C και ταχύτητα εκτύπωσης 40mm/s. Προκύπτει επίσης ότι σημαντικότεροι παράγοντες είναι δύο: το πάχος στρώσης ακολουθούμενο από τη ταχύτητα εκτύπωσης. Η θερμοκρασία έχει μικρότερη σημασία, ενώ η ποσότητα αναρρόφησης ινών αμελητέα.	el
heal.abstract	There are a number of Additive Manufacturing (AM) techniques, the most widespread of which is Fused Deposition Modeling. (FDM). In the FDM process, the feed stock material is heated and melted in a semi-liquid state. Then, the semi-liquid material is extruded through the tip of the nozzle head. The nozzle head moves vertically and horizontally to form the three-dimensional object directly from a digital CAD model in the form of successive layers superimposed over one another. Porous structures can be constructed through the FDM process. These structures are repeated units of a unit cell in a volumetric region. Porous structures have been used in engineering applications including ultra-light structures and conventional cooling. They are also extensively used as biocompatible materials for orthopedic implants and tissue engineering. The Taguchi method, which is a Design of Experiments (DOE) technique, has been used extensively to optimize product process parameters through thorough experimental research. Since the AM technology is affected by many processing parameters, and currently has a relatively high cost per piece and is relatively slow, the cost of a full factorial experiment is quite important. Designing experiments using the Taguchi method can significantly simplify the experimental design. In this paper an attempt is made to evaluate the dimensional accuracy of porous structures. Dimensional accuracy refers to the variance observed between the desired and actual values of the pore dimensions. After selecting the factors to be studied, the experiment is made by the Taguchi method and then the samples are made. They are then photographed in a stereoscope and the necessary dimensions measurements are made using the appropriate software. Finally the results of the measurements are analyzed using Taguchi and ANOVA. The results obtained from the analysis of measurement data showed that printing speed is the factor most affected by FDM process along the X axis at 59.28%. Print speed is the most important factor along the Y axis at 72.63%. The layer thickness plays the most important role along the Z axis at 45.79% as well as the bridging at 72.06%. To optimize the four quality criteria, Grey Taguchi method was used, and analysis showed that equalizing weights in all the quality characteristics, the optimal combination is: destring/suck 0.08, layer thickness 0.4mm, temperature 190 ° C and print speed 40mm/s. It also emerges that two major factors are: layer thickness followed by print speed. Temperature is of less importance, while destring/suck is negligible.	en
heal.advisorName	Βοσνιάκος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Βοσνιάκος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	80 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true