41 |
Verdrucken von Nanocellulosefasern in konventionellen direkten Druckverfahren auf Karton und anschließendes Prägen von Kapillarstrukturen mit Hilfe von 3D-gedruckten PrägeformenSchmidt, Arne 11 July 2024 (has links)
Die vorliegende Arbeit ist eine Untersuchung, inwieweit die Herstellung eines kartonbasierter POCT mit Kapillaren zum Transport von Flüssigkeiten mit Hilfe von Nanocellulose und additiv gefertigten Prägewerkzeugen möglich ist. Die Nanocellulose wurde von RISE aus Schweden zur Verfügung gestellt. Rheologische Untersuchungen ergaben, dass diese mit Hilfe eines Bingham-Modells beschrieben werden können und einer Fließgrenze unterliegen.
Die Nanocellulose wurde mit Hilfe der konventionellen direkten Druckverfahren Flexo-, Tief- und Siebdruck auf verschiedene Kartonsorten aufgetragen. Der Flexo- und Tiefdruck erwies sich aufgrund einer Saffman-Taylor-Instabilität als ungeeignet zur Erzeugung von homogenen Schichten. Verschiedene Untersuchungen zeigten, dass mit Hilfe des Siebdrucks unter Verwendung eines Siebs mit sehr hoher Nassfarbschichtdicke die besten Ergebnisse erzielt werden konnten.
Die Nutzung von offenen Kapillaren in POCT erfordert einen möglichst geringen Kontaktwinkel. Durch das Applizieren von Nanocellulose konnte sowohl der Kontaktwinkel des Kartons auf einen geeigneten Wert reduziert werden als auch das Penetrationsverhalten insofern verändert werden, dass die Penetration einer aufgetragenen Flüssigkeit zunächst in der Nanocellulose stattfindet. Die Penetration in den Karton selbst wurde durch die Nanocellulose stark verzögert. Die Funktionalität von offenen Kapillaren konnte im Rahmen dieser Arbeit aufgrund von mangelnder Herstellgenauigkeit der additiven Fertigung und begrenzter Kartonauswahl nicht erreicht werden. Allerdings konnten mit Hilfe einer Folienkaschierung funktionelle geschlossene Kapillaren erzeugt werden, welche einen Flüssigkeitstransport durch Kapillarkräfte über eine Distanz von 25 mm ohne Penetration in den Karton ermöglichen. Dies zeigt, dass die Herstellung und Nutzung von kartonbasierten POCT theoretisch möglich ist.:Abbildungsverzeichnis X
Tabellenverzeichnis XIV
Abkürzungsverzeichnis XV
Symbolverzeichnis XVI
1 Einleitung 19
2 Ziele 23
3 Theoretische Grundlagen 25
3.1 Nanomaterial 25
3.2 Cellulose 26
3.3 Nanocellulose 27
3.3.1 Cellulose Nanofibrillen (CNF) 28
3.3.2 Cellulose Nanokristalle (CNC) 30
3.3.3 Carboxymethyl-Cellulose (CMC) 31
3.4 Rheologie 31
3.4.1 Eigenschaften von Suspensionen mit Nanopartikeln 32
3.4.2 Bingham-Fluide 32
3.5 Druckverfahren 34
3.5.1 Siebdruck 34
3.5.2 Tiefdruck 36
3.5.3 Flexodruck 37
3.6 Prägen 38
3.7 Microfluidic Devices und Kapillaren 39
3.7.1 Geschlossene Kapillaren 40
3.7.2 Offene Kapillaren 41
3.8 Ultraschallmessung des Penetrationsverhaltens 42
4 Materialien 45
4.1 Nanocellulose 45
4.2 Druckformen 45
4.3 Bedruckstoff 46
5 Rheologische Untersuchungen der Nanocellulose 49
5.1 Vorgehensweise 49
5.1.1 Viskositätsmessung 49
5.1.2 Erfassung der Strukturerholung 50
5.2 Ergebnisse 50
5.2.1 Viskosität 50
5.2.2 Strukturerholung 52
5.2.3 Vergleich mit konventionellen Druckverfahren 53
6 Explorative Studie 55
6.1 Druckversuche 55
6.1.1 Siebdruck 55
6.1.2 Flexo- und Tiefdruck 56
6.2 Vorgehensweise der Auswertung 57
6.3 Ergebnisse und Diskussion der Druckversuche 59
6.3.1 Visuelle Homogenität der Oberfläche 59
6.3.2 Einfluss auf Bedruckstoff 62
6.3.3 Rauheit 63
6.3.4 Kontaktwinkel 65
6.3.5 Wasserfestigkeit 66
6.3.6 Penetrationsverhalten 66
6.4 Prägewerkzeuge und -versuche 73
6.5 Ergebnisse und Diskussion der Prägeversuche 76
6.6 Erkenntnisse der explorativen Studie 79
7 Weiterentwickelte Studie 81
7.1 Vorgehensweise 81
7.2 Ergebnisse 82
7.2.1 Siebdruck 83
7.2.2 Vollprägung 85
7.2.3 Reliefprägung 90
7.3 Erkenntnisse der weiterentwickelten Studie 91
7.4 Empfehlungen für weitere Studien 93
8 Zusammenfassung und Ausblick 95
Literaturverzeichnis XCVII
Anhänge / The present work is an investigation into the potential of fabricating a cardboard-based POCT with capillaries for transporting fluids using nanocellulose and additive manufactured embossing tools. The nanocellulose was provided by RISE from Sweden. Rheological studies showed that they can be described using a Bingham model and are subject to a yield point.
The nanocellulose was applied to various types of cardboard using the conventional direct printing processes of flexographic, gravure and screen printing. Flexo and gravure printing proved unsuitable for producing homogeneous layers due to a Saffman-Taylor instability. Various investigations showed that screen printing using a screen with a very high wet ink film thickness produced the best results.
The use of open capillaries in POCT requires the lowest possible contact angle. By applying nanocellulose, it was possible to reduce the contact angle of the cardboard to a suitable value and to change the penetration behavior in that the penetration of an applied liquid first takes place in the nanocellulose. Penetration into the cardboard itself was greatly delayed by the nanocellulose. The functionality of open capillaries could not be achieved in this work due to lack of manufacturing accuracy of additive manufacturing and limited cardboard selection. However, functional closed capillaries could be created using film lamination, allowing fluid transport by capillary forces over a distance of 25 mm without penetration into the cardboard. This shows that the production and use of cardboard-based POCT is theoretically possible.:Abbildungsverzeichnis X
Tabellenverzeichnis XIV
Abkürzungsverzeichnis XV
Symbolverzeichnis XVI
1 Einleitung 19
2 Ziele 23
3 Theoretische Grundlagen 25
3.1 Nanomaterial 25
3.2 Cellulose 26
3.3 Nanocellulose 27
3.3.1 Cellulose Nanofibrillen (CNF) 28
3.3.2 Cellulose Nanokristalle (CNC) 30
3.3.3 Carboxymethyl-Cellulose (CMC) 31
3.4 Rheologie 31
3.4.1 Eigenschaften von Suspensionen mit Nanopartikeln 32
3.4.2 Bingham-Fluide 32
3.5 Druckverfahren 34
3.5.1 Siebdruck 34
3.5.2 Tiefdruck 36
3.5.3 Flexodruck 37
3.6 Prägen 38
3.7 Microfluidic Devices und Kapillaren 39
3.7.1 Geschlossene Kapillaren 40
3.7.2 Offene Kapillaren 41
3.8 Ultraschallmessung des Penetrationsverhaltens 42
4 Materialien 45
4.1 Nanocellulose 45
4.2 Druckformen 45
4.3 Bedruckstoff 46
5 Rheologische Untersuchungen der Nanocellulose 49
5.1 Vorgehensweise 49
5.1.1 Viskositätsmessung 49
5.1.2 Erfassung der Strukturerholung 50
5.2 Ergebnisse 50
5.2.1 Viskosität 50
5.2.2 Strukturerholung 52
5.2.3 Vergleich mit konventionellen Druckverfahren 53
6 Explorative Studie 55
6.1 Druckversuche 55
6.1.1 Siebdruck 55
6.1.2 Flexo- und Tiefdruck 56
6.2 Vorgehensweise der Auswertung 57
6.3 Ergebnisse und Diskussion der Druckversuche 59
6.3.1 Visuelle Homogenität der Oberfläche 59
6.3.2 Einfluss auf Bedruckstoff 62
6.3.3 Rauheit 63
6.3.4 Kontaktwinkel 65
6.3.5 Wasserfestigkeit 66
6.3.6 Penetrationsverhalten 66
6.4 Prägewerkzeuge und -versuche 73
6.5 Ergebnisse und Diskussion der Prägeversuche 76
6.6 Erkenntnisse der explorativen Studie 79
7 Weiterentwickelte Studie 81
7.1 Vorgehensweise 81
7.2 Ergebnisse 82
7.2.1 Siebdruck 83
7.2.2 Vollprägung 85
7.2.3 Reliefprägung 90
7.3 Erkenntnisse der weiterentwickelten Studie 91
7.4 Empfehlungen für weitere Studien 93
8 Zusammenfassung und Ausblick 95
Literaturverzeichnis XCVII
Anhänge
|
42 |
Verdrucken von Nanocellulosefasern in konventionellen direkten Druckverfahren auf Karton und anschließendes Prägen von Kapillarstrukturen mit Hilfe von 3D-gedruckten PrägeformenSchmidt, Arne 17 July 2024 (has links)
Die vorliegende Arbeit ist eine Untersuchung, inwieweit die Herstellung eines kartonbasierter POCT mit Kapillaren zum Transport von Flüssigkeiten mit Hilfe von Nanocellulose und additiv gefertigten Prägewerkzeugen möglich ist. Die Nanocellulose wurde von RISE aus Schweden zur Verfügung gestellt. Rheologische Untersuchungen ergaben, dass diese mit Hilfe eines Bingham-Modells beschrieben werden können und einer Fließgrenze unterliegen.
Die Nanocellulose wurde mit Hilfe der konventionellen direkten Druckverfahren Flexo-, Tief- und Siebdruck auf verschiedene Kartonsorten aufgetragen. Der Flexo- und Tiefdruck erwies sich aufgrund einer Saffman-Taylor-Instabilität als ungeeignet zur Erzeugung von homogenen Schichten. Verschiedene Untersuchungen zeigten, dass mit Hilfe des Siebdrucks unter Verwendung eines Siebs mit sehr hoher Nassfarbschichtdicke die besten Ergebnisse erzielt werden konnten.
Die Nutzung von offenen Kapillaren in POCT erfordert einen möglichst geringen Kontaktwinkel. Durch das Applizieren von Nanocellulose konnte sowohl der Kontaktwinkel des Kartons auf einen geeigneten Wert reduziert werden als auch das Penetrationsverhalten insofern verändert werden, dass die Penetration einer aufgetragenen Flüssigkeit zunächst in der Nanocellulose stattfindet. Die Penetration in den Karton selbst wurde durch die Nanocellulose stark verzögert. Die Funktionalität von offenen Kapillaren konnte im Rahmen dieser Arbeit aufgrund von mangelnder Herstellgenauigkeit der additiven Fertigung und begrenzter Kartonauswahl nicht erreicht werden. Allerdings konnten mit Hilfe einer Folienkaschierung funktionelle geschlossene Kapillaren erzeugt werden, welche einen Flüssigkeitstransport durch Kapillarkräfte über eine Distanz von 25 mm ohne Penetration in den Karton ermöglichen. Dies zeigt, dass die Herstellung und Nutzung von kartonbasierten POCT theoretisch möglich ist.:Abbildungsverzeichnis X
Tabellenverzeichnis XIV
Abkürzungsverzeichnis XV
Symbolverzeichnis XVI
1 Einleitung 19
2 Ziele 23
3 Theoretische Grundlagen 25
3.1 Nanomaterial 25
3.2 Cellulose 26
3.3 Nanocellulose 27
3.3.1 Cellulose Nanofibrillen (CNF) 28
3.3.2 Cellulose Nanokristalle (CNC) 30
3.3.3 Carboxymethyl-Cellulose (CMC) 31
3.4 Rheologie 31
3.4.1 Eigenschaften von Suspensionen mit Nanopartikeln 32
3.4.2 Bingham-Fluide 32
3.5 Druckverfahren 34
3.5.1 Siebdruck 34
3.5.2 Tiefdruck 36
3.5.3 Flexodruck 37
3.6 Prägen 38
3.7 Microfluidic Devices und Kapillaren 39
3.7.1 Geschlossene Kapillaren 40
3.7.2 Offene Kapillaren 41
3.8 Ultraschallmessung des Penetrationsverhaltens 42
4 Materialien 45
4.1 Nanocellulose 45
4.2 Druckformen 45
4.3 Bedruckstoff 46
5 Rheologische Untersuchungen der Nanocellulose 49
5.1 Vorgehensweise 49
5.1.1 Viskositätsmessung 49
5.1.2 Erfassung der Strukturerholung 50
5.2 Ergebnisse 50
5.2.1 Viskosität 50
5.2.2 Strukturerholung 52
5.2.3 Vergleich mit konventionellen Druckverfahren 53
6 Explorative Studie 55
6.1 Druckversuche 55
6.1.1 Siebdruck 55
6.1.2 Flexo- und Tiefdruck 56
6.2 Vorgehensweise der Auswertung 57
6.3 Ergebnisse und Diskussion der Druckversuche 59
6.3.1 Visuelle Homogenität der Oberfläche 59
6.3.2 Einfluss auf Bedruckstoff 62
6.3.3 Rauheit 63
6.3.4 Kontaktwinkel 65
6.3.5 Wasserfestigkeit 66
6.3.6 Penetrationsverhalten 66
6.4 Prägewerkzeuge und -versuche 73
6.5 Ergebnisse und Diskussion der Prägeversuche 76
6.6 Erkenntnisse der explorativen Studie 79
7 Weiterentwickelte Studie 81
7.1 Vorgehensweise 81
7.2 Ergebnisse 82
7.2.1 Siebdruck 83
7.2.2 Vollprägung 85
7.2.3 Reliefprägung 90
7.3 Erkenntnisse der weiterentwickelten Studie 91
7.4 Empfehlungen für weitere Studien 93
8 Zusammenfassung und Ausblick 95
Literaturverzeichnis XCVII
Anhänge / The present work is an investigation into the potential of fabricating a cardboard-based POCT with capillaries for transporting fluids using nanocellulose and additive manufactured embossing tools. The nanocellulose was provided by RISE from Sweden. Rheological studies showed that they can be described using a Bingham model and are subject to a yield point.
The nanocellulose was applied to various types of cardboard using the conventional direct printing processes of flexographic, gravure and screen printing. Flexo and gravure printing proved unsuitable for producing homogeneous layers due to a Saffman-Taylor instability. Various investigations showed that screen printing using a screen with a very high wet ink film thickness produced the best results.
The use of open capillaries in POCT requires the lowest possible contact angle. By applying nanocellulose, it was possible to reduce the contact angle of the cardboard to a suitable value and to change the penetration behavior in that the penetration of an applied liquid first takes place in the nanocellulose. Penetration into the cardboard itself was greatly delayed by the nanocellulose. The functionality of open capillaries could not be achieved in this work due to lack of manufacturing accuracy of additive manufacturing and limited cardboard selection. However, functional closed capillaries could be created using film lamination, allowing fluid transport by capillary forces over a distance of 25 mm without penetration into the cardboard. This shows that the production and use of cardboard-based POCT is theoretically possible.:Abbildungsverzeichnis X
Tabellenverzeichnis XIV
Abkürzungsverzeichnis XV
Symbolverzeichnis XVI
1 Einleitung 19
2 Ziele 23
3 Theoretische Grundlagen 25
3.1 Nanomaterial 25
3.2 Cellulose 26
3.3 Nanocellulose 27
3.3.1 Cellulose Nanofibrillen (CNF) 28
3.3.2 Cellulose Nanokristalle (CNC) 30
3.3.3 Carboxymethyl-Cellulose (CMC) 31
3.4 Rheologie 31
3.4.1 Eigenschaften von Suspensionen mit Nanopartikeln 32
3.4.2 Bingham-Fluide 32
3.5 Druckverfahren 34
3.5.1 Siebdruck 34
3.5.2 Tiefdruck 36
3.5.3 Flexodruck 37
3.6 Prägen 38
3.7 Microfluidic Devices und Kapillaren 39
3.7.1 Geschlossene Kapillaren 40
3.7.2 Offene Kapillaren 41
3.8 Ultraschallmessung des Penetrationsverhaltens 42
4 Materialien 45
4.1 Nanocellulose 45
4.2 Druckformen 45
4.3 Bedruckstoff 46
5 Rheologische Untersuchungen der Nanocellulose 49
5.1 Vorgehensweise 49
5.1.1 Viskositätsmessung 49
5.1.2 Erfassung der Strukturerholung 50
5.2 Ergebnisse 50
5.2.1 Viskosität 50
5.2.2 Strukturerholung 52
5.2.3 Vergleich mit konventionellen Druckverfahren 53
6 Explorative Studie 55
6.1 Druckversuche 55
6.1.1 Siebdruck 55
6.1.2 Flexo- und Tiefdruck 56
6.2 Vorgehensweise der Auswertung 57
6.3 Ergebnisse und Diskussion der Druckversuche 59
6.3.1 Visuelle Homogenität der Oberfläche 59
6.3.2 Einfluss auf Bedruckstoff 62
6.3.3 Rauheit 63
6.3.4 Kontaktwinkel 65
6.3.5 Wasserfestigkeit 66
6.3.6 Penetrationsverhalten 66
6.4 Prägewerkzeuge und -versuche 73
6.5 Ergebnisse und Diskussion der Prägeversuche 76
6.6 Erkenntnisse der explorativen Studie 79
7 Weiterentwickelte Studie 81
7.1 Vorgehensweise 81
7.2 Ergebnisse 82
7.2.1 Siebdruck 83
7.2.2 Vollprägung 85
7.2.3 Reliefprägung 90
7.3 Erkenntnisse der weiterentwickelten Studie 91
7.4 Empfehlungen für weitere Studien 93
8 Zusammenfassung und Ausblick 95
Literaturverzeichnis XCVII
Anhänge
|
43 |
A Smart Cochlear 3D-Printed Model with Custom Software to Train ENT SurgeonsDauterman, Michala 07 May 2022 (has links)
No description available.
|
44 |
Verification of 3D-printed quasi-optical lenses for 60GHz radar applicationsHagström, Adrian L., Vass, L. Albin M. January 2018 (has links)
With the recent rise of 3D-printing as a form of manufacturing and their advantages for quick prototyping there is an interest for 3D-printed optical components. This thesis tests how well 3D-printed quasi-optical components preform and verify measurements with electromagnetic simulations. Measurements were made using a 60GHz FM-CW radar as well with a trihedral reflector, and tested on 3D-printed PLA lenses printed using an Ultimaker 2+. The measurements made are of the refractive index of the material, as well as the focal length of the lenses. Results showed PLA having a refractive index close to n = 1.654 in the 60GHz region. Results also showed the lenses having consistent properties like focal length and gain, two lenses having focal length of 23.7 and 23.9 mm which are close to the simulation of 24.05 mm. These findings shows 3D printed quasi-optical components have sufficient performance for use of prototyping or production depending on use. There are also some questions that have arisen like how does crystallisation in the plastic affect the components properties? And how does the PLA degrading affect the quality of the lenses over time? / På grund av framgångar inom 3D-utskrivning på senaste tiden som en form av tillverkning och dess fördelar med snabb framtagande av prototyper finns det ett intresse för utskrivna optiska komponenter. Detta examensarbete testar hur väl 3D-utskrivna kvasioptiska komponenter funger\-ar och verifierar testresultat med elektromagnetiska simuleringar. Mät\-ning\-arna gjordes med en FM-CW radar och en trihedral reflektor, och testade PLA linser utskrivna med en Ultimaker 2+. Mätningar\-na gjordes på materialets brytningsindex samt linsernas brännvidd. Resultaten visade att PLA har ett brytningsindex nära n = 1.654 i 60GHz området. Resultaten visade även hur linserna har konsekventa egenskaper som brännvidd och förstärkning. De två slutgiltiga linserna hade en brännvidd på 23.7 and 23.9 mm vilket är nära simuleringen på 24.05 mm. Dessa resultat visar att 3D-utskrivna komponenter har tillräcklig prestanda för användning i framtagande av prototyper eller produktion beroende på användning. Det finns en del frågor som kommit till, som hur påverkar plastens kristallisation komponentens egenskaper? Och hur påverkar PLAs nedbrytande linsernas kvalité?
|
45 |
Návrh školního robotu / Proposal of the school robotHlaváček, Rudolf January 2017 (has links)
This thesis deals with the design of a low-cost robot used for educational purposes at robotic group Robotárna and at the secondary technical school SPŠ and VOŠ Brno, Sokolská, příspěvková organizace. The main intent of the robot is in teaching students programming. The research part deals with collaborational robots phenomenon and their practical usage in present production plants. The thesis covers the mechanical design of the robot, calculations of the required torques for each joints, design of the robot gripper and also a theoretical solution to robot control.
|
46 |
Evaluation of Computer Tomography based Cancer Diagnostics with the help of 3D Printed Phantoms and Deep LearningBack, Alex, Pandurevic, Pontus January 2023 (has links)
Computed x-ray tomography is one of the most common medical imaging modalities andas such ways of improving the images are of high relevance. Applying deep learningmethods to denoise CT images has been of particular interest in recent years. In thisstudy, rather than using traditional denoising metrics such as MSE or PSNR for evaluation, we use a radiomic approach combined with 3D printed phantoms as a "groundtruth" to compare with. Our approach of having a ground truth ensures that we withabsolute certainty can say what a scanned tumor is supposed to look like and compareour results to a true value. This performance metric is better suited for evaluation thanMSE since we want to maintain structures and edges in tumors and MSE-evaluationrewards over-smoothing. Here we apply U-Net networks to images of 3D printed tumors. The 4 tumors and alung phantom were printed with PLA filament and 80% fill rate with a gyroidal patternto mimic soft tissue in a CT-scan while maintaining isotropicity. CT images of the 3Dprinted phantom and tumors were taken with a GE revolution DE scanner at KarolinskaUniversity Hospital. The networks were trained on the 2016 NIH-AAPM-Mayo ClinicLow Dose CT Grand Challenge dataset, mapping Low Dose CT images to Normal DoseCT images using three different loss functions, l1, vgg16, and vgg16_l1. Evaluating the networks on RadiomicsShape features from SlicerRadiomics® we findcompetitive performance with TrueFidelityTM Deep Learning Image Reconstruction (DLIR)by GE HealthCareTM. With one of our networks (UNet_alt, vgg16_l1 loss function with32 features, and batch size 16 in training.) outperforming TrueFidelity in 63% of caseswhen evaluated by counting if a radiomic feature has a lower relative error comparedto ground truth after our own denoising for four different kind of tumors. The samenetwork outperformed FBP in 84% of cases which in combination with the majority ofour networks performing substantially better against FBP than TrueFidelity shows theviability of DLIR compared to older methods such as FBP.
|
47 |
Bioengineered Three-dimensional Lung Airway Models to Study Exogenous Surfactant DeliveryCopploe, Antonio January 2017 (has links)
No description available.
|
48 |
3D printed flexible substrate with pneumatic driven electrodes for health monitoringSchubert, Martin, Friedrich, Sabine, Wedekind, Daniel, Zaunseder, Sebastian, Malberg, Hagen, Bock, Karlheinz 11 February 2019 (has links)
Telemedical methods enable remote patient monitoring and healthcare at a distance. Besides, fitness tracker and sport watches are currently trending electronic products to generate awareness of health parameters in daily life. Especially, the long-term and continuous measurement of electrophysiological signals such as electrocardiogramm (ECG) becomes increasingly attractive for telemedical applications. Typically used disposable Ag/AgCl wet electrodes for good skin-electrode contact can potentially cause skin irritation and rashes. This paper presents a low cost, individual and flexible substrate for skin electrodes to be applied in future consumer electronic or professional applications. It enables an alternative contact method of the electrode to the skin by applying a pressure during the measurement and hence good contact. If no measurement is needed pressure can be released and the electrode loses skin contact. The 3D printed polymer module is 4 mm thick and comprises a pressure chamber, silver electrodes and insulation layer. The airtight printed membrane of flexible filament, which expands when inflating the chamber, may be printed in different thicknesses and shapes, much thinner than the present 4mm. This enables a high individuality for various applications. Pressure up to 150 kPa was applied and leads to dilatation of 1400 μm. First tests on skin when measuring electrodermal activity (EDA) show promising results for future applications.
|
49 |
Development of 3D Printing Multifunctional Materials for Structural Health MonitoringCole M Maynard (6622457) 11 August 2022 (has links)
<p>Multifunctional additive manufacturing has the immense potential of addressing present needs within structural health monitoring by enabling a new additive manufacturing paradigm that redefines what a sensor is, or what sensors should resemble. To achieve this, the properties of printed components must be precisely tailored to meet structure specific and application specific requirements. However due to the limited number of commercially available multifunctional filaments, this research investigates the in-house creation of adaptable piezoresistive multifunctional filaments and their potential within structural health monitoring applications based upon their characterized piezoresistive responses. To do so, a rigid polylactic acid based-filament and a flexible thermoplastic polyurethane based-filament were modified to impart piezoresistive properties using carbon nanofibers. The filaments were produced using different mixing techniques, nanoparticle concentrations, and optimally selected manufacturing parameters from a design of experiments approach. The resulting filaments exhibited consistent resistivity values which were found to be less variable under specific mixing techniques than commercially available multifunctional filaments. This improved consistency was found to be a key factor which held back currently available piezoresistive filaments from fulfilling needs within structural health monitoring. To demonstrate the ability to meet these needs, the piezoresistive responses of three dog-bone shaped sensor sizes were measured under monotonic and cyclic loading conditions for the optimally manufactured filaments. The characterized piezoresistive responses demonstrated high strain sensitivities under both tensile and compressive loads. These piezoresistive sensors demonstrated the greatest sensitivity in tension, where all three sensor sizes exhibited gauge factors over 30. Cyclic loading supported these results and further demonstrated the accuracy and reliability of the printed sensors within SHM applications.</p>
|
50 |
Characterisation of an Additively Manufactured Self-Sensing Material Using Carbon Fibre SensorsWilliamson, Alain January 2023 (has links)
Increasing demand for structural health monitoring in space highlights the need to make the creation of these systems more accessible. This study investigates the potential of additive manufacturing to achieve this goal by characterizing a self-sensing material made of a commercially available 3D-printed continuous carbon fibre filament. The results demonstrate the feasibility of converting the filament into a strain sensor with improved sensitivity compared to conventional foil strain gauges. Mechanical and electromechanical properties of the self-sensing material were characterized, including an ultimate tensile strength of 45.09 ± 3.45 MPa, a failure strain of 38.93 ± 3.41%, and a base resistance of 759.11Ω. The tensile gauge factor was calculated to be 467.06 ± 375.90 within the strain range of 0% to 3.8% with a linearity (R2) of 0.93. For the first time, a systematic literature review compares mechanical and electromechanical properties to enable material selection for mechanical design incorporating self-sensing material. The study highlights that the spread of material properties in a group of materials indicates how well-developed a material is for self-sensing purposes. This study advances our understanding of the feasibility of using additive manufacturing to create self-sensing materials for structural health monitoring systems and opens up new avenues for further research.
|
Page generated in 0.1269 seconds