Free Form Extrusion : extrusion of 3D components using complex polymeric systems

Bibliographic Details
Main Author: Costa, Sidonie
Publication Date: 2013
Language: eng
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: http://hdl.handle.net/1822/24873
Summary: Tese de doutoramento - Programa Doutoral em Ciência e Engenharia de Polímeros e Compósitos
id RCAP_6ad9dea3b4c3e6c9b44ee7ac5a898fe0
oai_identifier_str oai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/24873
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository_id_str https://opendoar.ac.uk/repository/7160
spelling Free Form Extrusion : extrusion of 3D components using complex polymeric systems678.027.3Tese de doutoramento - Programa Doutoral em Ciência e Engenharia de Polímeros e CompósitosFree Form Extrusion (FFE) is a 3D fabrication process that involves depositing an extruded filament onto successive horizontal planes, in order to build a physic part with a specific geometry. The method is an adaptation of Fused Deposition Modeling (FDM), whereby a commercial pre-extruded ABS filament is replaced by a miniextruder capable of processing a wide range of materials, including homopolymers, polymer blends and nanocomposites. The mechanical performance of FFE parts is controlled by the bonding quality between adjacent filaments both in the horizontal and vertical plans. Adjacent filaments must be sufficiently hot to ensure adhesion, but should then cool down fast enough to avoid excessive deformation due to gravity and weight of the filaments on top. Therefore, it is important to know the evolution in time of the filaments temperature and how it is affected by the major process variables. Although several heat transfer models have been proposed in literature, most assume simplifications without verifying their effective importance. In this work, a detailed analysis of the contributions to the global heat transfer was made using the ABAQUS® software. Heat exchanges with ambient by convection and between adjacent filaments by conduction were found to be the most important. Consequently, these were taken in the energy balance, in order to obtain a rigorous FFE heat transfer analytical model. This analytical solution was then embedded into a routine capable of considering three different deposition patterns, for parts with specific geometries. Moreover, an adhesion criterion was implemented, in order to predict whether the operating conditions and deposition patterns selected for the manufacture of a given part are adequate. The deformation of the filaments was investigated by performing computational experiments with the ABAQUS® software, assuming a temperature dependent viscoelastic response. Since the maximum differences were shown to be quite small (< 0.2%), this phenomenon was considered negligible The consequence of this work is then a computer code that rigorously considers and inter-relates the three phenomena, with the potential of assisting the FFE user in selecting the ideal process parameters in order to obtain a part with good performance. This also allows testing the influence of many process variables and concluding about the most important.Free Form Extrusion (FFE) é um processo 3D de fabricação que envolve a deposição de um filamento extrudido em planos horizontais sucessivos, por forma a obter uma peça com uma geometria específica. O método é uma adaptação do Fused Deposition Modelling (FDM), através do qual um filamento de ABS comercial pré-extrudido é substituído por uma mini-extrusora com a capacidade de processar uma grande variedade de materiais, incluindo homopolímeros, misturas de polímeros e nanocompósitos. O desempenho mecânico das peças obtidas através da técnica FFE é influenciado pela qualidade de adesão entre filamentos adjacentes, nos planos horizontais bem como verticais. Os filamentos adjacentes devem ser suficientemente quentes para assegurar a adesão, mas ter um arrefecimento suficientemente rápido para evitar a deformação excessiva devido à gravidade e ao peso dos filamentos posicionados nas camadas superiores. Consequentemente, é importante o conhecimento da evolução da temperatura dos filamentos em função do tempo, e como este é afetado pelas principais variáveis do processo. Apesar de vários modelos de transferência de calor terem sido propostos na literatura, na maior parte, simplificações são assumidas sem verificar a sua efetiva importância. Neste trabalho, uma análise detalhada dos intervenientes na transferência de calor foi elaborada usando o software ABAQUS®. Trocas de calor com o ambiente por convecção e entre filamentos adjacentes por condução mostraram ser os mais importantes. Consequentemente, estes foram incluídos no balanço de energia, a fim de obter um modelo analítico rigoroso de transferência de calor para o processo FFE. Esta solução analítica foi então incorporada numa rotina com a capacidade de considerar três tipos diferentes de deposição, para peças com geometrias específicas. Além disso, um critério de adesão foi implementado, a fim de prever se as condições operatórias e os tipos de deposição selecionados para a construção de uma dada peça são adequados A deformação dos filamentos foi investigada através da realização de experiências com o software computacional ABAQUS®, assumindo uma resposta viscoelástica dependente da temperatura. Uma vez que as diferenças máximas mostraram ser muito baixas (< 0.2%), este fenômeno foi considerado negligenciável. A consequência deste trabalho é portanto um código computacional que considera rigorosamente e inter-relaciona os três fenómenos, com a potencialidade de auxiliar o utilizador do processo FFE na seleção ideal dos parâmetros de processo, a fim de obter uma peça com bom desempenho. Também permite testar a influência de diversas variáveis de processo e concluir quais são as mais importantes.Duarte, FernandoCovas, J. A.Universidade do MinhoCosta, Sidonie2013-06-202013-06-20T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/24873eng101253672info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-05-11T04:53:59Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/24873Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T15:01:48.108126Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
dc.title.none.fl_str_mv Free Form Extrusion : extrusion of 3D components using complex polymeric systems
title Free Form Extrusion : extrusion of 3D components using complex polymeric systems
spellingShingle Free Form Extrusion : extrusion of 3D components using complex polymeric systems
Costa, Sidonie
678.027.3
title_short Free Form Extrusion : extrusion of 3D components using complex polymeric systems
title_full Free Form Extrusion : extrusion of 3D components using complex polymeric systems
title_fullStr Free Form Extrusion : extrusion of 3D components using complex polymeric systems
title_full_unstemmed Free Form Extrusion : extrusion of 3D components using complex polymeric systems
title_sort Free Form Extrusion : extrusion of 3D components using complex polymeric systems
author Costa, Sidonie
author_facet Costa, Sidonie
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Duarte, Fernando
Covas, J. A.
Universidade do Minho
dc.contributor.author.fl_str_mv Costa, Sidonie
dc.subject.por.fl_str_mv 678.027.3
topic 678.027.3
description Tese de doutoramento - Programa Doutoral em Ciência e Engenharia de Polímeros e Compósitos
publishDate 2013
dc.date.none.fl_str_mv 2013-06-20
2013-06-20T00:00:00Z
dc.type.driver.fl_str_mv doctoral thesis
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/1822/24873
url http://hdl.handle.net/1822/24873
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv 101253672
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron:RCAAP
instname_str FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
collection Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository.name.fl_str_mv Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
repository.mail.fl_str_mv info@rcaap.pt
_version_ 1833595054772453376

Similar Items