Vliv materiálu a technologie 3D tisku na vlastnosti auxetických struktur
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Tato diplomová práce se zabývá chováním auxetických struktur, důraz je kladen zejména na vliv typu 3D tiskárny, materiálu filamentu a počtu jednotkových buněk na deformační odezvu auxetik. Vzorky byly připraveny na dvou tiskárnách s přímým a s bowdenovým extrudérem, z materiálů polyethylentereftalát glykol (PET-G) a termoplastický polyetherový polyuretan (TPU). Připravené struktury byly podrobeny statické zkoušce v tlaku v průběhu které, byly pořízeny video záznamy deformace zkušebních těles, z nichž byl následně vyhodnocen Poissonův poměr a změna relativní porozity vzorků. Pro vyhodnocení Poissonova poměru a porozity byla v programovacím jazyku Python napsána vyhodnocovací aplikace aplikace. Typ 3D tiskárny se na vlastnostech připravených auxetických struktur projevil významně. Vzorky připravené tiskárnou s bowdenovým extrudérem dosahovaly nižších hodnot tuhosti a meze kluzu a vyšších hodnot Poissonova poměru ve srovnání se vzorky připravenými tiskárnou s přímým extrudérem. Dále byl zkoumán vliv celkového počtu jednotkových buněk a vliv materiálu s nízkým (TPU) a vysokým (PET-G) modulem pružnosti na auxetické chování. V případě flexibilního TPU bylo pozorováno, že vzorky s menším počtem jednotkových buněk se chovají houževnatěji, přičemž v případě tuhého PET-G je tomu naopak. Zároveň byla věnována pozornost deformační odezvě jednotlivých buněk v rámci vzorku, kdy TPU vykazovalo odlišný mechanismus deformačního chování než PET-G. To se projevilo odlišnou prostorovou distribucí auxetického chování v rámci připravených těles.
This thesis deals with the behaviour of auxetic structures. In particular, the focus is on the effect of the 3D printer, material filament and number of unit cells on the deformation response of auxetics. Specimens were prepared on two printers with a direct and a bowden extruder made of PET-G (polyethylene terephthalate glycol) and TPU (thermoplastic polyether polyurethane) materials. The prepared structures were subjected to a static compression test, during which video recordings were taken. From the video recordings the Poisson's ratio and porosity of the samples were subsequently evaluated. A software application was written in Python programming language to evaluate the Poisson's ratio and porosity. The type of 3D printer had a significant effect on the properties of the prepared auxetic structures. The specimens prepared by the bowden extruder printer exhibited lower stiffness and yield strength and higher Poisson's ratio compared to the samples prepared by the direct extruder printer. Furthermore, the influence of the number of unit cells and influence of the material with low (TPU) and high (PET-G) elastic modulus on the auxetic behaviour was investigated. In the case of the flexible material, specimens with fewer unit cells exhibited tougher response, whereas the opposite was true for PET-G. At the same time, attention was paid to the deformation response of single cells within the sample, where TPU exhibited a different deformation behaviour mechanism than PET-G. This has been reflected in different spatial distribution of auxetic behaviour within the specimens.
This thesis deals with the behaviour of auxetic structures. In particular, the focus is on the effect of the 3D printer, material filament and number of unit cells on the deformation response of auxetics. Specimens were prepared on two printers with a direct and a bowden extruder made of PET-G (polyethylene terephthalate glycol) and TPU (thermoplastic polyether polyurethane) materials. The prepared structures were subjected to a static compression test, during which video recordings were taken. From the video recordings the Poisson's ratio and porosity of the samples were subsequently evaluated. A software application was written in Python programming language to evaluate the Poisson's ratio and porosity. The type of 3D printer had a significant effect on the properties of the prepared auxetic structures. The specimens prepared by the bowden extruder printer exhibited lower stiffness and yield strength and higher Poisson's ratio compared to the samples prepared by the direct extruder printer. Furthermore, the influence of the number of unit cells and influence of the material with low (TPU) and high (PET-G) elastic modulus on the auxetic behaviour was investigated. In the case of the flexible material, specimens with fewer unit cells exhibited tougher response, whereas the opposite was true for PET-G. At the same time, attention was paid to the deformation response of single cells within the sample, where TPU exhibited a different deformation behaviour mechanism than PET-G. This has been reflected in different spatial distribution of auxetic behaviour within the specimens.
Description
Citation
KUCHTOVÁ, Š. Vliv materiálu a technologie 3D tisku na vlastnosti auxetických struktur [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2023.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
bez specializace
Comittee
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (předseda)
prof. Ing. Jaromír Havlica, DrSc. (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Pác (člen)
Ing. Jiří Lerch (člen)
Date of acceptance
2023-05-30
Defence
Studentka obhajovala práci na téma Vliv materiálu a technologie 3D tisku na vlastnosti auxetických struktur. Nejdříve seznámila komisi s problematikou auxetických materiálů, použitých materiálů a průběhem experimentů. Následně vysvětlila možnost charakterizace výsledných struktur, vyhodnocení Poissonova poměru a porozity. Po představení výsledků zaměřených na vliv jednotlivých faktorů na 3D tisk a vlastnosti vytištěných struktur, studentka shrnula dosažené výsledky a byla komisí vyzvána k odpovězení otázek oponenta:
1) Co je barelový efekt při deformaci? Ten způsobuje zkreslení při Vašem měření Poissonova poměru. Jak byste změřila přesný Poissonův poměr s korekci na tento efekt?
2) Jinak stejné vzorky s různou velikostí (25x25 a 50x50) mají podobný modul ale různou mez kluzu. Zdůvodněte, proč se liší zrovna meze kluzu?
Následně položila komise otázku možnosti aplikací těchto materiálů.
Na dané otázky studentka výborně odpověděla
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení