Μελέτη επίδρασης παραμέτρων σε δοκίμια εκτυπωμένα μέσω τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης

Μαντζαβίνου, Ελένη; Mantzavinou, Eleni

dc.contributor.author	Μαντζαβίνου, Ελένη	el
dc.contributor.author	Mantzavinou, Eleni	en
dc.date.accessioned	2024-02-09T09:09:52Z
dc.date.available	2024-02-09T09:09:52Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58816
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26512
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	Τρισδιάστατη Εκτύπωση	el
dc.subject	Προσθετική Κατασκευή	el
dc.subject	Fused Filament Fabrication	en
dc.subject	3D printing	en
dc.subject	Additive Manufacturing	en
dc.title	Μελέτη επίδρασης παραμέτρων σε δοκίμια εκτυπωμένα μέσω τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Επιστήμη Υλικών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-10-02
heal.abstract	Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης επιλεγμένων παραμέτρων σε δοκίμια εκτυπωμένα μέσω τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η τεχνολογία 3D εκτύπωσης μέσω Συντηγμένου Νήματος (Fused Filament Fabrication, FFF), στην οποία το αντικείμενο υπό κατασκευή δημιουργείται από πολλαπλές ίνες θερμοπλαστικού, που εξωθούνται, συγκολλούνται και στερεοποιούνται ακαριαία. Για την τεχνολογία FFF, διερευνήθηκε η επίδραση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών των ινών (ύψος και πλάτος ίνας) και της ογκομετρικής παροχής ως προς συγκεκριμένα ποιοτικά χαρακτηριστικά, όπως η διαστατική ακρίβεια (απόκλιση πραγματικής/ονομαστικής γεωμετρίας) και η διακύμανση αυτής, για εμπορικό θερμοπλαστικό υλικό με βάση το πολύ(γαλακτικό οξύ) (PLA). Η ανάλυση έγινε ποιοτικά αλλά και ποσοτικά, χρησιμοποιώντας την μέθοδο μικροϋπολογιστικής τομογραφίας ακτινών Χ (X-ray Micro-computed Tomography, mCT). Αρχικά έγινε μια βιβλιογραφική ανασκόπηση για τις παραμέτρους και ακολούθησαν πειράματα για τον προσδιορισμό της μέγιστης ογκομετρικής παροχής του συστήματος 3D εκτύπωσης. Το πειραματικό πλάνο ορίστηκε για τη μελέτη των τριών παραμέτρων σε τρία επίπεδα (27 συνδυασμοί παραμέτρων). Για τον σχεδιασμό δοκιμίων χρησιμοποιήθηκε το FullControl GCode Designer, που αποτελεί ένα λογισμικό ανοικτού κώδικα για τον άμεσο σχεδιασμού της τροχιάς της κεφαλής του εκτυπωτή και των παραμέτρων εκτύπωσης σε κάθε βήμα της κατασκευής. Σχεδιάστηκε η δομή των εκτυπωμένων δοκιμίων, βασισμένη σε προηγούμενες βιβλιογραφικές μελέτες, τα οποία να καλύπτουν τρία επίπεδα δομών (1D – μεμονωμένες ίνες, 2D – λεπτές στρώσεις, 3D – τελικό αντικείμενο). Έπειτα από στατιστική ανάλυση και ποιοτική αξιολόγηση των επίπεδων 1D-2D δοκιμίων για τους 33 συνδυασμούς παραμέτρων, προέκυψε ο συνδυασμός παραμέτρων με την καλύτερη συνολική απόδοση, ο οποίος μελετήθηκε συνδυαστικά με τη συμβατική ροή εργασιών CAD/CAM για την κατασκευή και αποτίμηση 3D δοκιμίων. Δεδομένου του ολοένα αυξανόμενου αριθμού νέων θερμοπλαστικών υλικών για τη τεχνολογία FFF, σε συνδυασμό με την ιδιαίτερα απαιτητική παραμετροποίηση του συστήματος που απαιτείται για κάθε υλικό, η συγκεκριμένη μεθοδολογία που αναπτύχθηκε αποτελεί ολοκληρωμένο πλαίσιο μελέτης της απόκρισης ενός υλικού ως προς τη μεταβολή των παραμέτρων FFF, επιτρέποντας παράλληλα το προσδιορισμό κατάλληλων συνδυασμών παραμέτρων ανάλογα με τους στόχους της τελικής κατασκευής (π.χ. προφίλ παραμέτρων που ελαχιστοποιούν τον χρόνο εκτύπωσης ή μεγιστοποιούν τη διαστατική ακρίβεια). Τα δοκίμια που σχεδιάστηκαν επιτρέπουν την ομαδοποίηση πολλαπλών σετ παραμέτρων σε μικρό αριθμό δοκιμίων, που απαιτούν μικρή ποσότητα υλικού και κατασκευάζονται σε σύντομο χρονικό διάστημα, παρέχοντας ένα γρήγορο και ευέλικτο σχήμα αξιολόγησης. Μελλοντικά, η μεθοδολογία αυτή μπορεί να επεκταθεί σε μεγάλο εύρος υλικών και να εμπλουτιστεί περαιτέρω με εργαλεία πειραματικού σχεδιασμού και βελτιστοποίησης.	el
heal.abstract	This thesis studies the effect of selected parameters on specimens produced by 3D printing. Specifically, Fused Filament Fabrication (FFF) 3D printing technology was studied, in which the object is created from multiple thermoplastic fibers, which are extruded, welded and solidified instantly. The effect of geometrical characteristics of fibers (fiber height and width), along with material volumetric flow rate, was studied using specific quality characteristics, such as fiber dimensional accuracy (actual/nominal geometry deviation) and its variation. A commercial thermoplastic material with poly(lactic acid) (PLA) was used for this purpose. The analysis was done qualitatively as well as quantitatively, using X-ray Micro-computed Tomography (mCT) and optical inspection. Initially, a literature review on the selected printing parameters was conducted, followed by experiments to determine the maximum volumetric flow rate of the 3D printing system used. The experimental design was set to study the three parameters at three levels (27 parameter combinations). FullControl GCode Designer was used to design the samples, which is an open-source software that allows the direct design of both the trajectory of the printer nozzle and printing parameters at each step of manufacturing. The structure of the printed samples was designed based on previous literature studies, covering three structural levels (1D – individual fibers, 2D – thin layers, 3D – final object). After statistical analysis and qualitative evaluation of the 1D-2D levels of the 33 parameter combinations, the parameter combination with the best overall performance was concluded. This combination was studied with the conventional CAD/CAM workflow for 3D specimen fabrication and evaluation. Given the ever-increasing number of new thermoplastic materials for FFF technology combined with the particularly demanding parameterization of the system required for each material, the specific methodology developed in this study constitutes an integrated framework for studying the effect of FFF parameters on a printed material, while allowing the selection of appropriate combinations of parameters depending on the goals of the project (e.g. parameter profiles that minimize print time or maximize dimensional accuracy). The design of the printed parts in this study allows grouping of several parameter combinations in a small number of tests, which require a small amount of material and are quickly fabricated, providing a fast and flexible evaluation system. In the future, this methodology can be extended to a wide range of materials and further enriched with further experimental design and optimization tools.	en
heal.advisorName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Αργυρούσης, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	85 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false