20.500.12556/RUL-183742 3D-natisnjeni elektrotermični dinamski aktuator 3D-printed electrothermal dynamic actuator Pametne dinamske strukture z aktuatorsko in senzorno funkcijo omogočajo prilagajanje vibracijskega odziva, večmaterialni 3D-tisk v enem procesu pa odpira možnost njihove izdelave iz termoplastov brez naknadne obdelave. Uresničitev takšnih struktur zahteva v enem procesu 3D-natisnjen elektrotermični aktuator s fizikalnim modelom za krmiljenje, ki upošteva temperaturno odvisne in ortotropne lastnosti. Poleg tega je potrebna brezkontaktna metoda za karakterizacijo teh lastnosti ter temperaturna kompenzacija vgrajenih senzorjev, na katere vpliva segrevanje aktuatorja. V tej doktorski nalogi je najprej razvita brezkontaktna metoda za sočasno identifikacijo modula elastičnosti, razmernika dušenja in temperaturnega razteznostnega koeficienta 3D-natisnjenih struktur. Na podlagi teh podatkov je zasnovan prvi v enem procesu 3D-natisnjen bimorfni elektrotermični aktuator s tristopenjskim analitičnim modelom za napoved odklona konice, blokirne sile in časa aktuacije. Za zanesljivo delovanje vgrajenih senzorjev je predlagan model za temperaturno samokompenzacijo dinamične občutljivosti na podlagi sorazmernosti med spremembo upornosti in občutljivosti piezouporovnih senzorjev. Rezultati kažejo, da kompozitni polimeri izkazujejo ortotropnost, vsi 3D-natisnjeni termoplasti pa visoko temperaturno odvisnost. Predlagani fizikalni model pravilno napove odziv aktuatorja, medtem ko konvencionalni preceni blokirno silo za 97–108 %. Samokompenzacija občutljivosti dosega napako pod 5 % brez dodatnega temperaturnega senzorja. Prispevki skupaj postavljajo temelje za v enem procesu 3D-natisnjene pametne dinamske strukture z integrirano aktuatorsko in senzorno funkcijo. Smart dynamic structures with integrated actuation and sensing enable vibration control, and single-process multi-material 3D printing enables manufacturing from thermoplastics without post-processing. Realizing such structures requires a single-process 3D-printed electrothermal actuator governed by an analytical model that accounts for temperature-dependent and orthotropic material properties. Additionally, a non-contact characterization method and temperature compensation of embedded sensors subjected to actuator-induced heating are necessary. This dissertation presents a non-contact method for the simultaneous identification of the elastic modulus, damping ratio, and coefficient of thermal expansion of 3D-printed structures. Based on these characterizations, the first single-process 3D-printed bimorph electrothermal actuator is developed, accompanied by a three-step analytical model predicting tip deflection, blocking force, and actuation time. For reliable sensor operation, a temperature self-compensation model for dynamic sensitivity is proposed, exploiting the proportionality between resistance and sensitivity changes in piezoresistive sensors. The results demonstrate that composite polymers exhibit orthotropic properties, while all investigated 3D-printed thermoplastics display strong temperature dependence. The proposed model accurately predicts actuator response, whereas conventional models overestimate blocking force by 97 to 108 %. Sensitivity self-compensation achieves errors below 5 % without requiring an additional temperature sensor. Collectively, these contributions establish the foundations for single-process 3D-printed smart dynamic structures with integrated actuation and sensing functionality. 3D-tisk elektrotermični aktuatorji mehanske lastnosti piezouporovni senzorji temperaturna kompenzacija pametne strukture 3D printing electrothermal actuators mechanical properties piezoresistive sensors temperature compensation smart structures true false false [G. Krivic] Slovenski jezik Angleški jezik Doktorsko delo/naloga 2026-06-18 08:30:26 2026-06-18 08:30:54 2026-06-23 14:23:06 0000-00-00 00:00:00 2026 0 Ljubljana 0 XXII, 86 str. 0000-00-00 Zaloznikova Objavljeno NiDoloceno 0000-00-00 0000-00-00 0000-00-00 004.925.84:620.17(043.3) 285698 282598403 46916.pdf 46916.pdf 1 BA42B4E32CB59704F00099543DE9248E b260a4d4c552ee0d4dc8670bc7ba33b26e51c5f50bb83c6df332a70ae9c0e4bb 32754f3a-6adf-11f1-9b0d-0050569b8976 https://repozitorij.uni-lj.si/Dokument.php?lang=slv&id=235899 Fakulteta za strojništvo 0 0 0