Podrobno

3D-tiskani elementi s sposobnostjo preoblikovanja
ID Pivar, Matej (Avtor), ID Muck, Deja (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (22,38 MB)
MD5: 48ED4ED2809A078057194007FDCC812A

Izvleček
V doktorski disertaciji obravnavamo področje štiridimenzionalnega (4D) tiskanja, ki temelji na izdelavi programiranih 3D-struktur. Glavni sestavni del programiranih 3D-struktur so elementi s sposobnostjo preoblikovanja (t. i. odzivni elementi), ki se pod vplivom termične aktivacije čez čas odzovejo s spremembo oblike (polmer ukrivljanja, kot pregibanja in sprememba dimenzij). Disertacija temelji na treh znanstvenih objavah in dodatnih raziskavah, ki pripomorejo k boljšemu razumevanju 4D-tiskanja. Kot glavni cilj smo si zastavili proučitev vpliva procesnih parametrov iztiskavanja materiala in termične aktivacije v vroči vodi in na vročem zraku na odzivanje programiranih 3D-struktur. Analizirali smo tudi različne termoplastične materiale, da bi ugotovili najbolj združljivo kombinacijo odzivnega in neodzivnega materiala za izdelavo večmaterialnih programiranih 3D-struktur. Polimlečno kislino (PLA) smo izbrali za odzivni material, medtem ko smo akrilonitril butadien stiren (ABS), termoplastični poliuretan (TPU) in modificiran PLA (PRO-PLA) uporabili kot neodzivne materiale. Proučevali smo tudi vpliv oblikovnih in strukturnih lastnosti programiranih 3D-struktur na njihovo odzivanje. Na eksperimentalni način smo izdelali modelsko napoved odzivanja in načrtovali tri programirane 3D-strukture, ki se razlikujejo po obliki in načinu odzivanja. Spoznali smo, da imajo tako procesni parametri iztiskavanja materiala kot parametri termične aktivacije pomembno vlogo pri zagotavljanju natančnosti in ponovljivosti odzivanja programiranih 3D-struktur. Programirane 3D-strukture, izdelane z optimiziranimi procesnimi parametri iztiskavanja materiala in aktivirane v stabilnejšem termoaktivacijskem mediju, so izkazale natančnejše odzivanje. Ugotovili smo, da je kombinacija odzivnega materiala PLA in neodzivnega materiala PRO-PLA najprimernejša za izdelavo večmaterialnih programiranih 3D-struktur. Njuno dobro združljivost pripisujemo visoki medmaterialni adheziji, dovolj velikim razlikam v spremembi dimenzij materialov pri termični aktivaciji in nizkem shranitvenem modulu PRO-PLA v območju aktivacijskih temperatur. Dovolj velika razlika v spremembi dimenzij materialov in manjši shranitveni modul sta omogočila večje odzivanje programiranih 3D-struktur. Ta kombinacija je kot edina omogočala dobro medmaterialno adhezijo in obojestransko odzivanje programiranih 3D-struktur. Ugotovili smo tudi, da je voda učinkovitejši termoaktivacijski medij kot zrak. Voda je omogočala hitrejše, enakomernejše odzivanje, hkrati pa so programirane 3D-strukture dosegle večje odzivanje. Disertacija prispeva k razvoju 4D-tiskanja z boljšim razumevanjem pomembnih dejavnikov celotnega procesa 4D-tiskanja, ki vplivajo na odzivanje večmaterialnih programiranih 3D-struktur.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:4D-tiskanje, programirana 3D-struktura, odzivni elementi, neodzivni elementi, odzivni material, neodzivni material
Vrsta gradiva:Doktorsko delo/naloga
Organizacija:NTF - Naravoslovnotehniška fakulteta
Leto izida:2025
PID:20.500.12556/RUL-171313 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:22.08.2025
Število ogledov:203
Število prenosov:47
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:3D-printed shape-changing elements
Izvleček:
This dissertation addresses the field of four-dimensional (4D) printing based on programmed three-dimensional (3D) structures. The essential components of these programmed structures are elements capable of shape transformation (responsive elements) which react over time by changing their geometry upon thermal activation. The dissertation is based on three scientific publications and complementary research that significantly expand the study and advance the understanding of 4D printing. The primary aim of the thesis was to investigate the effects of 3D printing parameters and thermal activation methods (hot water and hot air) on the responsiveness of programmed 3D structures. Various materials were analysed, among which polylactic acid (PLA) was selected as a responsive material, while acrylonitrile butadiene styrene (ABS), thermoplastic polyurethane (TPU), and modified PLA (PRO-PLA) served as non-responsive materials. These materials were combined with responsive PLA in programmed multi-material 3D structures. The research further examined the influence of geometric and structural features of programmed 3D structures on their responsiveness, performed experimental modelling and prediction, and developed three categories of programmed 3D structures to demonstrate practical applications of the findings. It was found that both additive manufacturing parameters and thermal activation parameters play a critical role in ensuring the accuracy and reproducibility of the response in programmed 3D structures. Programmed 3D structures fabricated with optimised additive manufacturing parameters and activated in a more stable thermal activation medium demonstrated greater precision in response. Among material combinations, the pairing of responsive PLA and non-responsive PRO-PLA proved most suitable for producing multi-material programmed 3D structures. This compatibility results from strong inter-material adhesion, thermomechanical shrinkage between the two materials during thermal activation, and the low bending storage modulus of PRO-PLA within the activation temperature range. The significant difference in dimensional changes between the materials, combined with the low storage modulus, enables the programmed 3D structures to exhibit a higher response. This combination also uniquely supports good inter-material adhesion across various material print sequences. The study also determined that water is a more efficient thermal activation medium than air, enabling faster and more uniform reactions, and resulting in stronger shape transformation in the programmed 3D structures. The thesis contributes to the advancement of 4D printing by providing a deeper understanding of the key factors within the overall process model that influence the response of the programmed multi-material 3D structures for practical applications.

Ključne besede:4D printing, programmed 3D structure, responsive elements, non-responsive elements, responsive material, non-responsive material

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj