Τριδιάστατη εκτύπωση υλικών διαβαθμισμένων ιδιοτήτων

Φιλιππίδου, Κωνσταντίνα; Filippidou, Konstantina

dc.contributor.author	Φιλιππίδου, Κωνσταντίνα	el
dc.contributor.author	Filippidou, Konstantina	en
dc.date.accessioned	2020-05-18T13:45:52Z
dc.date.available	2020-05-18T13:45:52Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50622
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18320
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	Τριδιάστατη εκτύπωση	el
dc.subject	3D printing	en
dc.subject	Υλικά διαβαθμισμένων ιδιοτήτων	el
dc.subject	Functional graded materials (FGMs)	en
dc.subject	Επιλεκτική εναπόθεση υλικού	el
dc.subject	Fused filament fabrication (FFF)	en
dc.subject	Διαβάθμιση πορώδους	el
dc.subject	G-code	en
dc.subject	Custom κώδικας	el
dc.subject	CAD models	en
dc.title	Τριδιάστατη εκτύπωση υλικών διαβαθμισμένων ιδιοτήτων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	3D printing	en
heal.classification	Επιστήμη υλικών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-09-27
heal.abstract	Στη παρούσα ΔΕ έγινε η ανάπτυξη ενός κώδικα για την κατασκευή, μέσω 3D printing, πλεγματικών δομών διαβαθμισμένου πορώδους με προκαθορισμένη κατασκευαστική διαδρομή. Σκοπός της ΔΕ είναι η σύγκριση των πλεγματικών δομών που κατασκευάστηκαν μέσω του κώδικα που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο, με αντίστοιχες δομές που κατασκευάζονται μέσω εμπορικών λογισμικών CAD/CAM, μέσω αλγόριθμων παραμετροποίησης και αυτόματου υπολογισμού της βέλτιστης κατασκευαστικής διαδρομής. Η αξιολόγηση έγινε μέσω της οπτικής παρατήρησης εκτυπωμένων δειγμάτων από τις διαφορετικές μεθόδους στο οπτικό μικροσκόπιο και σύγκρισης των γεωμετρικών τους χαρακτηριστικών με την ονομαστική γεωμετρία. Ο κώδικας που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο (custom κώδικας) έγινε με χρήση γλώσσας προγραμματισμού Python και στη συνέχεια έγινε μετατροπή σε G-κώδικα, που είναι η γλώσσα λειτουργίας του τριδιάστατου εκτυπωτή. Το υλικό κατασκευής ήταν το θερμοπλαστικό πολυμερές πολυ(γαλακτικό οξύ) (poly-lactic acid - PLA) σε μορφή νήματος με σταθερή διάμετρο. Εκτυπώθηκαν δομές ορθογωνικές με τετραγωνικό πορώδες και δομές κυκλικές με σχηματισμό πορώδους από τα σημεία τομής ομόκεντρων κύκλων με τις διαμέτρους τους. Οι πλεγματικές αυτές δομές αποτελούνταν από μεμονωμένες ίνες, οι οποίες εναποτίθενται επιλεκτικά και συγκολλούνται κατά τη διάρκεια της εκτύπωσης. Οι παράμετροι που λήφθηκαν υπόψιν για τη κατασκευή του κώδικα είναι η ταχύτητα εκτύπωσης F (mm/min) και η ποσότητα υλικού που εξωθείται από τη κεφαλή Ε (mm), τα οποία ορίζουν την ογκομετρική παροχή. Για τον υπολογισμό της ποσότητας υλικού που πρέπει να εξωθηθεί σε κάθε βήμα, θεωρήθηκε σε πρώτη προσέγγιση ότι ο όγκος του υλικού που εισέρχεται ισούται με τον όγκο του υλικού που εξέρχεται σε κατάσταση τήγματος από το ακροφύσιο και η ροή είναι ομαλή και ισοθερμοκρασιακή χωρίς φαινόμενα διόγκωσης. Επίσης, ήταν απαραίτητο να καθοριστεί ένα μοντέλο για το σχήμα της διατομής της ίνας όταν εναποτίθεται πάνω στην επιφάνεια που εκτυπώνεται. Για αυτό το λόγο θεωρήθηκε πως το σχήμα της ίνας κατά την εξώθηση από την κεφαλή είναι το άθροισμα ενός ορθογωνίου και δύο ημικυκλίων. Με δεδομένες τιμές για το υψος και πάχος της ίνας και με σταθερή διάμετρο ακροφυσίου και διατομή του νήματος εκτύπωσης, έγιναν οι κατάλληλοι υπολογισμοί για τον υπολογισμό της παραμέτρου Ε σε κάθε βήμα. Από τις ορθογωνικές δομές κατασκευάστηκαν δύο τύποι με διαφοροποίηση στο μέγεθος του πορώδους. Στη κυκλική δομή κατασκευάστηκαν επίσης δύο τύποι δομών από custom κώδικα, με διαφοροποίηση στο είδος της διαδρομής και στο μοντέλο κατασκευής των κύκλων. Εφόσον οι αναγκαίες παράμετροι ορίστηκαν και εκτυπώθηκαν τα δείγματα, ακολούθησε η επεξεργασία τους. Όλες οι δομές παρατηρήθηκαν στο οπτικό μικροσκόπιο με σκοπό την αξιολόγηση της μορφολογίας των ινών, των σημείων σύνδεσης μεταξύ γειτονικών πόρων, αλλά και τη μέτρηση του πλάτους των ινών. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως η ορθογωνική διατομή με το μεγαλύτερο μέγεθος στο πορώδες προερχόμενη από τον custom κώδικα είχε τη καλύτερη προσέγγιση στο επιθυμητό αποτέλεσμα. Τόσο η μορφή των ινών, τα σημεία σύνδεσης των πόρων όσο και το πλάτος τους δίνουν ικανοποιητικά αποτελέσματα. Τέλος, το πλάτος των ινών σε αυτή τη δομή βρέθηκε ότι έχει τη μικρότερη ποσοστιαία απόκλιση από την επιθυμητή τιμή.	el
heal.abstract	The report of this thesis is concerning the development of a coded program for the construction of mesh structures with graded porosity with pre-determined construction route via 3D printing technology. The main target of the thesis is the comparison of these mesh structures, which were constructed through the coded program that was developed in the laboratory, with the corresponding structures, which were constructed with commercial CAD/CAM software, through parameterization algorithms and automatic calculation of the optimal construction path. Evaluation of these structures was integrated through the visual observation of the printed structures coming from the different printed methods in the optical microscope and comparing their geometrical characteristics with the nominal geometry. The code that was developed in the laboratory (custom code) was made using Python programming language and later was converted to G-code, which is the 3D printer’s operating language. The construction material was the thermoplastic polymer (lactic acid) or just poly-lactic acid (PLA) in the form of a fixed diameter filament. Rectangular structures with square shaped porosity and circular structures with the porous formation designed by the intersection of concentric circles with their diameters. These meshed structures consist of individual paths, which are selectively deposited and bonded during printing. The parameters taken into account for the construction of the code are the print speed F (mm/min) and the amount of material extruded from the printer’s head E (mm), which determine the volumetric flow rate. In order to calculate the amount of extrusion of the material at each step, it was first assumed that the volume of material entering is equal to the volume of material exiting the melt nozzle and the flow is smooth and isothermal with no swelling effects. In addition, it was also necessary to define a pattern for the cross-section shape of the path when deposited on the printed surface. For that reason, it was assumed that the shape of the path during extrusion from the head is the sum of a rectangle and two semicircles. With given values for the path height, the thickness, the fixed nozzle diameter and the cross-section of the print thread, the appropriate calculations were made to calculate parameter E at each step. From the rectangular structures, two types were constructed, varying in the size of the porosity. As far as it concerns the circular structure, two types of custom code structures were constructed, using different type of the printer’s head route and in the modelization of the circular construction. After the necessary parameters were set and the samples were printed, the process of their evaluation was followed. All structures were observed under the optical microscope to evaluate path morphology, adhesion / intersecting points between adjacent pores, and to measure the path width. The results showed that the rectangular structure with the largest group of porosity derived from the custom code, with no retraction, had the best approximation to the desired path width result. Both the shape of the paths, the bonding point of the pores and their width give good results. Finally, the path width in this structure was found to have the smallest percentage deviation from the desired value.	en
heal.advisorName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος
heal.committeeMemberName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Φιλιππόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	94 σ.
heal.fullTextAvailability	false