Experimental Investigation of the Flexural and Compressive Properties of PACF Composite Material after FFF Processing

Θωμάς, Παράσχος; Thomas, Paraschos

dc.contributor.author	Θωμάς, Παράσχος	el
dc.contributor.author	Thomas, Paraschos	en
dc.date.accessioned	2024-02-23T09:45:04Z
dc.date.available	2024-02-23T09:45:04Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58946
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26642
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	Fused Deposition Modeling	en
dc.subject	3D Printing	en
dc.subject	Taguchi Method	en
dc.subject	Compressive properties	en
dc.subject	Flexural properties	en
dc.subject	Τρισδιάστατη Εκτύπωση	el
dc.subject	Μέθοδος Ταγκούτσι	el
dc.subject	Μηχανικές Ιδιότητες	el
dc.subject	Μοντελοποίηση Σύντηξης Εναπόθεσης	el
dc.title	Experimental Investigation of the Flexural and Compressive Properties of PACF Composite Material after FFF Processing	en
dc.title	Πειραματική μελέτη των ιδιοτήτων σε κάμψη τριών σημείων και θλίψη, του σύνθετου υλικού PACF, έπειτα από κατεργασία FFF	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Additive Manufacturing	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-10-13
heal.abstract	Fused Deposition Modeling (FDM) is the most widely used additive manufacturing (AM) processing technique. In the FDM process, the feedstock filament material is heated and melted into a semi-fluid state, then extruded through the nozzle's tip. The nozzle moves horizontally and vertically to produce a complete three-dimensional entity by constructing successive layers directly from a digital CAD model. The FDM process enables the creation of components layer by layer, even in small quantities, with smaller sizes and complex custom designs, without the need for traditional tools and molds, making it a rapid prototyping (RP) form of AM. These components find applications in aerospace, automotive industries, and can be extensively used in the biomedical industry. The Taguchi method is a Design of Experiments (DOE) technique used to optimize product processing parameters through systematic investigation. Given that this specific AM technology is costly per piece and relatively slow, and is influenced by various factors, the cost of a full factorial experimental method is quite significant. The experimental design technique with the Taguchi method can greatly simplify the experimental design. This work attempts to identify the contribution of factors to determine the optimal mechanical strengths of specimens made from Carbon Fiber-Reinforced PA using the three-dimensional printing method. Factors affecting the mechanical properties of the specimens include layer height, infill pattern, the number of top and bottom layers, infill density, flow rate, shell count, print temperature, bed temperature, print speed, and fan speed. After selecting the factors to study, the experiment is conducted using the Taguchi method, followed by the construction of the specimens. Finally, the results of the mechanical tests (compressive and flexural) are analyzed using Taguchi analysis and ANOVA. ANOVA identifies the significance of the process parameters and their percentage contribution to evaluation indices. According to the available literature, there is no identical study to my thesis, which focuses on the Experimental Investigation of the Flexural and Compressive Properties of PACF Composite Material after FFF Processing. This unique study holds significance as it delves into the Experimental Investigation of the Flexural and Compressive Properties of PACF Composite Material after FFF Processing. Understanding the mechanical behavior of this specific composite material after FFF processing is crucial for unlocking its potential applications in various industries, ensuring optimal performance, and guiding future advancements in additive manufacturing technology.	en
heal.abstract	Η μοντελοποίηση σύντηξης εναπόθεσης (Fused Deposition Modeling-FDM) είναι η πλέον διαδεδομένη τεχνική κατεργασίας με πρόσθεση υλικού (Additive Manufacturing-AM). Κατά τη διαδικασία FDM, το υλικό νήματος τροφοδοσίας θερμαίνεται και τήκεται σε ημίρρευστη κατάσταση και στη συνέχεια εξωθείται μέσω του άκρου της κεφαλής του ακροφυσίου. Η κεφαλή του ακροφυσίου κινείται σε οριζόντια και κατακόρυφη κατεύθυνση με σκοπό την παραγωγή μιας ολοκληρωμένης τρισδιάστατης οντότητας μέσω της κατασκευής διαδοχικών στρωμάτων απευθείας από ψηφιακό μοντέλο CAD. Μέσω της διαδικασίας FDM δίνεται η δυνατότητα να κατασκευαστούν εξαρτήματα διαδοχικών στρωμάτων, ακόμη και για μικρές ποσότητες, με μικρότερο μέγεθος αλλά και πολύπλοκο και προσαρμοσμένο σχέδιο, χωρίς τη χρήση παραδοσιακών εργαλείων και μήτρες, υποδεικνύοντας ως ταχεία δημιουργία πρωτοτύπων (PR) αυτή τη μορφή AM. Τα εξαρτήματα αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε τομείς της αεροναυπηγικής, της αυτοκινητοβιομηχανίας και μπορεί να γίνει εκτενής χρήση τους στη βιοϊατρική βιομηχανία. Η μέθοδος Taguchi αποτελεί μια τεχνική Σχεδιασμού Πειραμάτων (Design of Experiments-DOE) η οποία χρησιμοποιείται για την βελτιστοποίηση των παραμέτρων κατεργασίας προϊόντων μέσω διεξοδικής έρευνας. Δεδομένου ότι η συγκεκριμένη τεχνολογία AM έχει υψηλό κόστος ανά τεμάχιο και είναι σχετικά αργή, και καθώς ότι επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες, το κόστος ενός πειράματος πλήρους παραγοντικής μεθόδου είναι αρκετά σημαντικό. Η τεχνική πειραματικού σχεδιασμού με τη μέθοδο Taguchi μπορεί να απλοποιήσει σημαντικά τον πειραματικό σχεδιασμό. Στη συγκεκριμένη εργασία γίνεται μια προσπάθεια να εντοπιστεί η συμβολή παραγόντων για τον εντοπισμό των βέλτιστων μηχανικών αντοχών των δοκιμίων, αποτελούμενα από Pa ενισχυμένο με ίνες άνθρακα 12%, που εκτυπώνονται με τη μέθοδο τρισδιάστατης εκτύπωσης. Παράμετροι ή παράγοντες που επηρεάζουν τις μηχανικές ιδιότητες των δοκιμίων είναι το ύψος του στρώματος, το μοτίβο πλήρωσης, ο αριθμός των επάνω και κάτω στρωμάτων, η πυκνότητα πλήρωσης, η ροή, ο αριθμός των κελυφών, η θερμοκρασία εκτύπωσης, η θερμοκρασία της πλάκας, η ταχύτητα εκτύπωσης και η ταχύτητα ανεμιστήρα. Αφού επιλεχθούν οι παράγοντες που θα μελετηθούν, καταστρώνεται το πείραμα μέσω της μεθόδου Taguchi και στη συνέχεια γίνεται η κατασκευή των δοκιμίων. Τέλος, γίνεται η ανάλυση των αποτελεσμάτων των μετρήσεων που εξήχθησαν από τις μηχανικές δοκιμές (θλίψη και κάμψη) χρησιμοποιώντας ανάλυση Taguchi και ANOVA. Η ανάλυση διακύμανσης (ANOVA) εντοπίζει τη σημασία των παραμέτρων της διαδικασίας και την ποσοστιαία συνεισφορά τους στους δείκτες αξιολόγησης. Σύμφωνα με την διαθέσιμη βιβλιογραφία, δεν υπάρχει παρόμοια μελέτη με τη διατριβή μου, η οποία επικεντρώνεται στην Πειραματική Έρευνα των Καμπτικών και Θλιπτικών Ιδιοτήτων του Σύνθετου Υλικού PACF μετά την χρήση της Τεχνικής FFF. Αυτή η μοναδική μελέτη έχει σημασία καθώς εμβαθύνει στην Πειραματική Έρευνα των Καμπτικών και Θλιπτικών Ιδιοτήτων του Σύνθετου Υλικού PACF μετά την χρήση της Τεχνικής FFF. Η κατανόηση της μηχανικής συμπεριφοράς αυτού του συγκεκριμένου σύνθετου υλικού μετά την τεχνική FFF είναι κρίσιμη για το ξεκλείδωμα των δυνητικών εφαρμογών του σε διάφορες βιομηχανίες, εξασφαλίζοντας βέλτιστη απόδοση και καθοδηγώντας μελλοντικές εξελίξεις στην τεχνολογία πρόσθετης κατασκευής.	el
heal.advisorName	Μαρκόπουλος, Άγγελος	el
heal.advisorName	Markopoulos, Aggelos	en
heal.committeeMemberName	Βοσνιάκος, Γεώργιος-Χριστόφορος	el
heal.committeeMemberName	Μπενάρδος, Πανώριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	226 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false