Θερμοπλαστικά νήματα τρισδιάστατης εκτύπωσης με βάση το πολυγαλακτικό οξύ

Παπαδόπουλος, Ιωάννης; Papadopoulos, Ioannis

dc.contributor.author	Παπαδόπουλος, Ιωάννης
dc.contributor.author	Papadopoulos, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2020-01-27T10:31:48Z
dc.date.available	2020-01-27T10:31:48Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49714
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17412
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	Πολυγαλακτικό οξύ	el
dc.subject	Εκβολή	el
dc.subject	Θερμοπλαστικό	el
dc.subject	Τρισδιάστατη εκτύπωση	el
dc.subject	Μικροτομογραφία	el
dc.subject	Polylactic Acid	en
dc.subject	Extrusion	el
dc.subject	Thermoplastics	el
dc.subject	3D printing	el
dc.subject	Microtomography	el
dc.title	Θερμοπλαστικά νήματα τρισδιάστατης εκτύπωσης με βάση το πολυγαλακτικό οξύ	el
heal.type	bachelorThesis
heal.generalDescription
heal.classification	Επιστήμη υλικών	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-09-27
heal.abstract	Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο προσδιορισμός των κατάλληλων παραμέτρων λειτουργίας του μονοκόχλιου εκβολέα που διαθέτει το εργαστήριο R-Nano, κατασκευής της εταιρίας Boston Matthews, ώστε να παραχθεί νήμα (filament) πολυμερούς πολυγαλακτικού οξέως (PLA), κατάλληλο για μετέπειτα χρήση για τρισδιάστατη εκτύπωση, με επιθυμητή μέση τιμή διαμέτρου 1,75 mm με περιθώριο σφάλματος ±0,05 mm. Οι παράμετροι που μελετήθηκαν ήταν το θερμοκρασιακό εύρος λειτουργίας του εκβολέα, η ταχύτητα περιστροφής του κοχλία του εκβολέα και η ταχύτητα τύλιξης του παραγόμενου πολυμερικού νήματος. Οι πειραματικές διαδικασίες σχεδιάστηκαν έτσι, ώστε να ελεγχθεί η συμβολή καθεμιάς από τις παραπάνω παραμέτρους στην τελική διάμετρο του νήματος, διατηρώντας κάθε φορά μια από αυτές σταθερή και μεταβάλλοντας τις άλλες δύο. Τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν είχαν ως βάση το πολυγαλακτικό οξύ (PLΑ) και αναφέρονται με την κωδική ονομασία του κατασκευαστή προέλευσης τους (3D850, 3D870, 4043D, 3052D, Bioflex, Ecovio) κατά περίπτωση. Μελετήθηκε ο συνδυασμός διαφόρων συστάσεων, ενώ σε κάποιες περιπτώσεις έγινε μερική χρήση πλαστικοποιητή OLA8 (2-5 % κ.β.). Ο χαρακτηρισμός των παραγόμενων τελικών προϊόντων έγινε με δύο τρόπους. Αρχικά, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις, ώστε να προκύψουν οι μέσες τιμές των διαμέτρων κάθε παραγόμενου νήματος με χρήση του ηλεκτρονικού παχύμετρου και προσδιορίστηκαν τα στατιστικά μεγέθη αξιοπιστίας τους. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκε το όργανο ηλεκτρονικής μικροτομογραφίας, με το οποίο ελέγχθηκε εκ νέου η διάμετρος, αλλά και το ακριβές σχήμα της διατομής του νήματος, όπως επίσης υπολογίστηκε η πυκνότητα, καθώς και το πορώδες αυτού. Οι πειραματικές δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν έρχονται σε πλήρη συμφωνία με τις βιβλιογραφικές αναφορές, καθώς για την επίτευξη του επιθυμητού αποτελέσματος διαμέτρου απαιτείται ο σωστός συνδυασμός ταχύτητας και ρυθμού εκβολής, σε συνδυασμό με την ταχύτητα λειτουργίας του τυλιχτικού μέσου. Βάσει των αποτελεσμάτων συμπεραίνεται ότι η αύξηση της ταχύτητας τύλιξης προκαλεί ελάττωση της διαμέτρου του παραγόμενου νήματος, ιδιαίτερα όταν συνδυαστεί με υψηλούς ρυθμούς περιστροφής του κοχλία. Τα βέλτιστα νήματα, βάσει των αποτελεσμάτων, προέκυψαν από τα μείγματα “3D850- BIOFLEX” αναλογίας 80-20% και “3D850-3052D”αναλογίας 60-40%, ακολουθώντας τις εξής τιμές παραμέτρων λειτουργίας: για το 3D850-BIOFLEX: θερμοκρασία λειτουργίας εκβολέα T5 (190-210 oC), ταχύτητα περιστροφής κοχλία 35 rpm και ταχύτητα τύλιξης 50, ενώ για το 3D850-3052D: θερμοκρασία λειτουργίας εκβολέα T5 (190-210 oC), ταχύτητα περιστροφής κοχλία 52 rpm και ταχύτητα τύλιξης 25. Οι μονάδες μέτρησης της ταχύτητας τύλιξης αναφέρονται στην κλίμακα βαθμονόμησης της αντίστοιχης συσκευής και δε συσχετίζονται με κάποιες γνωστές μονάδες μέτρησης. Η πυκνότητά τους υπολογίστηκε στα 1,45 g/cm3 και 1,20 g/cm3 ενώ το πορώδες τους στα 0,01% και 0,005% αντίστοιχα. Τέλος, το σχήμα της διατομής τους με βάση τον χαρακτηρισμό του micro-CT ήταν ελλειπτικό.	el
heal.abstract	The aim of this work is to determine the appropriate operating parameters of the single screw extruder available in the R-Nano laboratory, manufactured by Boston Matthews Machinery Ltd. in order to produce polylactic acid (PLA) polymer filament suitable for later use for threedimensional (3D) printing with an average diameter of 1,75 mm and a margin of error of 0,05 mm. The temperature range of the extruder, the speed of rotation of the extruder screw and the winding speed of the produced filament were all selected as the operating parameters. The experimental procedure was designed so as to test the contribution of each of the above parameters to the final diameter of the filament, maintaining one of them constant at a time (usually temperature) and changing the other two. The materials used are based on polylactic acid (PLA) and are indicated by the code name of their originator (3D850, 3D870, 4043D, 3052D, Bioflex, Ecovio). The combination of various compositions was studied, while in some cases partial use of OLA8 plasticizer was used (2-5% w/w). The products were characterized with two techniques. Initially, measurements of the mean values of the diameters of each produced filament were made using a digital caliper and their statistical reliability was determined. Micro–computed tomography was then used to recheck the diameter and the exact shape of the cross-section of the filament, as well as to calculate its density and porosity. The experimental tests that were carried out are in complete agreement with the bibliographic references, as in order to achieve the desired diameter result, the correct combination of extrusion rate and winding speed is required. Based on the results, it is concluded that increasing the winding speed causes a decrease in the diameter of the produced filament, especially when it is combined with high screw rotation speeds. The optimal filaments, based on the results, were derived from the "3D850-BIOFLEX" (80- 20%) and "3D850-3052D" (60-40%) mixtures, produced at the following operating parameter values: for the 3D850-BIOFLEX: temperature T5 (190-210 oC), screw rotation speed of 35 rpm and winding speed of 50, while for the 3D850-3052D: temperature T5 (190-210 oC), screw rotation speed of 52 rpm and winding speed of 25. The winding rate measurement units refer to the calibration scale of the respective device and are not related to any known measurement units. Their density was calculated at 1,45 g/cm3 and 1,20 g/cm3 , while their porosity was 0,01% and 0,005% respectively. Lastly, the shape of their cross-section based on the characterization of microCT was elliptical.	en
heal.advisorName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος
heal.committeeMemberName	Ζουμπουλάκης, Λουκάς
heal.committeeMemberName	Καβουσανάκης, Μιχάλης
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	87 σ.
heal.fullTextAvailability	false