Additive manufacturing (AM), also called 3D-printing, are technologies where parts are formed from the bottom up by adding material layer-by-layer on top of each other. Electron Beam Melting (EBM) is an AM technique capable of manufacturing fully solid metallic parts, using a high-intensity electron beam to melt powder particles in layers to form finished components. Compared to conventional machining, EBM offers enhanced efficiency for production of customized and patient specific parts such as e.g. dental prosthetics. However, dental prosthetics are challenging to produce by EBM, as their small sizes mean that mechanical and surface properties may be altered as part sizes decreases. The aim of this thesis is to gain new insights that could lead to optimization for production of small sized components in the EBM. The work is focused to understand the process-property relationships for small size components production. To improve the surface resolution and part detailing, a smaller sized powder was used for production and compared to parts made with standard sized powder. The surface-, chemical and mechanical properties were evaluated for parts produced with both types of powders. The results indicate that the surface roughness may be influenced by powder and build layer thickness size, whereas the mechanical properties showed no influence of the layer-wise production. However, the mechanical properties are dependent on part size. The outermost surface of the parts consists of a surface oxide dominated by TiO2, formed as a result of reaction between the surface and residual gases in the EBM build chamber. The surface oxide thickness is comparable to that of a conventionally machined surface, but is dependent on build height. This work concludes that the surface resolution and component detailing can be improved by various measures. Provided that proper process themes are used, the EBM manufactured material is homogenous with properties comparable to conventional produced titanium. It has also been shown that the material properties will be altered for small components. The results point towards different ways of optimizing manufacturing of dental prosthetics by EBM, which will make dental prosthetics available for an increased number of patients.

A demonstration robot for conferences and fairs has been built from scratch. The demonstration robot is meant to create lasting impressions at the company booth at conferences or fairs. Thus, the robot needs traits that attract people to the booth and makes sure they remember that company. In this project, traits such as being able to move, do facial expressions and play audio have been developed. The robot has also been designed to draw as much attention as possible to the booth. This was achieved by building a robot that consists of a rolling sphere with a head that always remains on top. All movements are carried out from inside the sphere by four different motors. One motor moves the robot back and forth, two motors spin a flywheel to turn the robot and the last motor rotates the head. These motors are mounted at different places on an internal structure. The internal structure is connected to the sphere at two points, one on each side of the robot. At the top of the internal structure, magnets are placed. Thus, it can attach the head at the outside of the sphere by mounting magnets in the head. All movements of the robots are controlled by a hand controller, which has been made in this project. The head has a built-in display simulating two eyes. The display is driven by a Raspberry Pi. An internal speaker is built-in inside the head, connected to the Raspberry Pi. Each simulated eye consists of 64 squares that can be programmed to be in different colours, thus making it possible to express a wide range of facial expressions.Two PCBs were designed and manufactured to control the robot. One was placed inside the robot, and the other inside the hand controller. The PCBs can communicate over Bluetooth, which makes it possible to control the robot from the outside.All parts of the robot have been designed in a CAD program and subsequently 3D printed. 3D design in CAD was learned from a novice level, since there was no previous knowledge of this in the project group.In addition, a registration form has been developed that allows visitors to register at the booth. Making it easier for the company to connect with visitors after the conference or fair. The registration form is connected with the Raspberry Pi in the head of the robot via Wi-Fi. Thus, when new registrations occur, the robot can print the names of them while audio is played.

The following thesis work was performed by Tobias Bäckman between 2018-01-15 – 2018-06-01 on behalf of Deva Mecaneyes. Deva Mecaneyes had identified a need and a possible application area for additive manufacturing based on the Markforged Mark Two 3D-printer which they had purchased. However, many question marks remained regarding how the materials from the printer would behave. How to design against this manufacturing method and which applications that could be beneficial for the company. At the start of the project it was identified that Deva Mecaneyes main limitations for not implementing 3D-manufacturing more extensive in their product development process was partly the lack of experience of additive manufacturing methods but mainly due to the lack of reliable material data for the printed parts. Based on this, three research questions were formulated. These research questions discuss how to replace traditional manufacturing methods, which material relationships are possible to identify, and which factors should be considered when designing against additive manufacturing. The bulk of the work thus consisted of producing material data for materials that are compatible with Markforged mark Two. This was done based on ASTM standards that treat tensile tests, bending tests and fatigue tests. Two already existing products from Deva Mecaneyes in the field of lifting gear for manufacturing industries were selected with the purpose to redesign these products to be manufactured with the Mark Two 3D-printer instead. In this way, an alternative way for these applications could be showed by replacing the traditional manufacturing methods with additive manufacturing methods. The reconstructed lifting gear was also manufactured to be verified against the produced material data but also to demonstrate improvement or deterioration against the existing lifting gear. The measurable goals for the project were to prove cost and time reduction by at least 50% by replacing the traditional manufacturing methods with additive manufacturing methods while maintaining the same reliability. The result demonstrated two redesigned lifting gears with many improvement areas. A great result that stood out was a cost reduction of approximately 80% and 90% respectively. Several material relationships have been identified during the work and new experiences regarding printed details have arisen. The author believes that the work, with addition to the accomplished goals, has laid a good ground to begin to understand the materials more and more and thus a good beginning to obtaining a reability from 3D-printed details. Which is a decisive factor to begin replacing the traditional manufacturing methods. / Följande examensarbete är utfört av Tobias Bäckman mellan 2018-01-15 – 2018-06-01 på uppdrag av företaget Deva Mecaneyes. Deva Mecaneyes hade identifierat ett behov och ett möjligt användningsområde för additiv tillverkning baserat på en 3D-skrivare av modellen Markforged mark Two som de köpt in. Dock kvarstod det många frågetecken hur materialen i de utskrivna detaljerna beter sig, hur man skall konstruera mot denna tillverkningsmetod samt vilka tillämpningsområden som skulle kunna vara fördelaktiga. Vid uppstart av projektet identifierades de största begränsningarna till varför Deva Mecaneys inte implementerar 3D- utskrifter mer omfattande i deras konstruktionsarbete som delvis den bristande erfarenheten av additiva tillverkningsmetoder, men främst på grund av avsaknaden av trovärdig materialdata och beräkningsunderlag att tillämpa för fysiska 3D-utskrivna detaljer. Utifrån detta formulerades tre stycken forskningsfrågor. Dessa forskningsfrågor behandlar hur man skulle kunna ersätta traditionella tillverkningsmetoder, vilka materialsamband som är möjliga att identifiera samt vilka faktorer som bör tas hänsyn till vid konstruktion mot additiva tillverkningsmetoder.Huvuddelen av arbetet har därmed bestått av att producera materialdata för materialen som är kompatibla med Markforged Mark Two. Detta har skett baserat på ASTM-standarder som behandlar dragprover, böjprover och utmattningsprover.Två befintliga produkter från Deva Mecaneyes inom området lyftredskap valdes sedan ut för att omdesignas mot additiva tillverkningsmetoder. På så vis redovisas en alternativ väg att gå genom att ersätta de traditionella tillverkningsmetoderna med additiva tillverkningsmetoder. De omkonstruerade lyftredskapen tillverkades även för att dels verifieras mot den framtagna materialdatan men även för att redogöra förbättring alternativt försämring mot de befintliga lyftredskapen.De mätbara målen för arbetet var att kunna påvisa kostnads och tidsreducering med 50% genom att byta ut de traditionella tillverkningsmetoderna mot additiva tillverkningsmetoder. Resultatet påvisade två omkonstruerade lyftredskap med många förbättringsområden. Där framförallt en kostnadsreducering på cirka 80% respektive 90% identifierades.Under arbetets gång har ett antal materialsamband kunnat identifieras och nya erfarenheter angående utskrivna detaljer från Markforged Mark Two har uppstått. Författaren anser att arbetet, utöver de uppfyllda målen, har lagt en god grund till att börja förstå materialen mer och mer och därmed en god början till att börja erhålla en tillförlitlighet hos 3D-utskrivna detaljer som är en avgörande faktor till att börja ersätta vissa av de traditionella tillverkningsmetoderna.

This thesis project was conducted as a case study at Scania CV, a manufacturer of trucks, buses and industrial and marine engines. The project aimed to investigate how topology optimization can be used to design end products for metal additive manufacturing (AM). The main research questions for the project was: How can topology optimization be used to design parts for metal additive manufacturing? Which gave rise to further research questions: Which parts are suitable for metal additive manufacturing? Which factors has to be considered when designing end products for metal additive manufacturing? The main benefits of additive manufacturing revealed in the literature were short lead time, possibility to manufacture complex geometries and consolidate multiple parts into a single part. The applications of metal additive manufacturing found in the literature included prototypes and end products as well as tools and spare parts. Small, complex geometries which are expensive to manufacture traditionally due to expensive tooling or low volumes are most likely to be suitable for metal additive manufacturing. Parts where trade-offs have to be made between manufacturing cost and performance could also be interesting to investigate for AM. The build size of the selected machine is a limiting factor when choosing parts and the build direction of the part, the need for support material during manufacturing and post processing are important to consider when designing parts for metal AM. The case study was performed based on Design for Additive Manufacturing (DFAM), a method for designing parts for AM. DFAM consists of deciding the specifications for the part, consolidate parts if possible, optimize the geometry of the part and make sure it is possible to manufacture. Two parts were optimized with topology optimization during the case study and the resulting geometries were imported to Catia in order to create CAD-models. The results from the case study showed it was possible to automatically create CAD-models based on the resulting geometries from topology optimization. However the automatic CAD-models are not suitable for manufacturing of end parts. But the case study indicates a weight reduction of about 30 % seems to be possible for topology optimization combined with AM even for parts already optimized for low weight but adapted for traditional manufacturing methods. Reducing the overall weight of trucks is important since the carrying capacity is important for customers when choosing vehicles for transportation and the gross vehicle weight is regulated by laws. This makes topology optimization and metal AM a highly interesting area for further investigation. As for now, small, complex parts which are traditionally expensive to manufacture are most likely to be profitable for manufacturing of end parts with metal AM. / Arbetet har utförts som en fallstudie på Scania CV som tillverkar lastbilar, bussar samt industri- och marinmotorer. Syftet med projektet var att undersöka hur topologioptimering kan användas för konstruktion av slutprodukter som ska tillverkas med additiv tillverkning (AM) i metall. Utifrån det togs tre frågeställningar fram som låg till grund för projektet. Huvudfrågeställningen var Hur kan topologioptimering användas vid konstruktion av artiklar för additiv tillverkning i metall? För att kunna svara på det krävdes mer kunskap om additiv tillverkning vilket ledde till följande två frågeställningar: Vilka produkter är lämpliga för additiv tillverkning i metall? samt Vilka faktorer behöver tas hänsyn till vid konstruktion för direkttillverkning av slutprodukter i metall med additiv tillverkning? De största fördelarna med additiv tillverkning som framkom i litteraturen var korta ledtider, möjlighet att tillverka komplexa geometrier och slå samman flera delar till en enda. Användningsområden för additiv tillverkning var allt från prototyper till serietillverkning samt tillverkning av verktyg och reservdelar.  De artiklar som är lämpliga att tillverka med AM är de som är dyra att tillverka traditionellt på grund av komplex geometri, dyra verktyg eller låga volymer. Men även artiklar som får ge avkall på funktion för att tillverkas eller har långa ledtider och höga lagerkostnader. Andra faktorer som är viktiga att tänka på är byggytans storlek för den maskin som ska användas samt vilken byggriktning som väljs, behovet av stödmaterial vid tillverkning och efterbearbetning av utskriven detalj. En fallstudie genomfördes baserat på Design for Additive Manufacturing som är en metod för att konstruera artiklar för AM. Metoden går ut på att bestämma vad komponenten ska ha för funktioner och prestanda, slå samman eventuella delkomponenter, optimera utformningen och sedan kontrollera att den är möjlig att tillverka. Under fallstudien undersöktes två fästen med topologioptimering och resultaten importerades till Catia för att skapa CAD-modeller. Resultatet påvisade att det är möjligt att skapa en automatisk CAD-modell i Catia utifrån resultatet från topologioptimeringen. Däremot blir resultatet inte tillräckligt bra för att i nuläget kunna använda den automatiska modellen för tillverkning av slutprodukter. Resultatet från fallstudien tyder dock på en viktminskningspotential runt 30 % även för redan lättviktsoptimerade artiklar anpassade för andra tillverkningstekniker vid anpassning till AM. Eftersom lastkapaciteten är en avgörande faktor för kundens val av fordon samt för att uppfylla gällande lagstiftning kring fordonets totalvikt och minska miljöpåverkan så är lättviktsoptimering av alla ingående komponenter ett viktigt utvecklingsområde. Därmed är även topologioptimering och AM intressant att undersöka vidare. För att AM i dagsläget ska vara lönsamt för tillverkning av slutprodukter rekommenderas i första hand små, geometriskt komplexa artiklar som är dyra att tillverka traditionellt på grund av exempelvis höga verktygs- eller bearbetningskostnader eller små volymer.

This bachelor’s thesis has given us an opportunity to gain insight into how to create a service from scratch and to develop it into a fully functional service. The 3D printer service starts when a customer uploads a file containing the 3D design that they want to have made via a website. The file is stored and the printing request is placed into a queue. After that the client simply waits until the object is printed, with all of the various steps being handled automatically. The uploaded file containing the 3D design is automatically converted into Gcode by using the software Skeinforge. Gocde is the language that the printer interprets. The printer itself is controlled by the ReplicatorG program. The ReplicatorG program transfers the Gcode commands to the printer to print the desired object. This Gcode includes commands to warm up the automated build platform where the object will be created and to warm up the extruder head – through which plastic will be extruded to create the 3D object. If the customer wants to see the object while it is being printed – we have made this possible via a network attached camera. This camera is placed next to the printer. Once the object has been printed the automated build platform is allowed to cool and a motor driven belt advances to eject the object from the platform. In an ideal system the object would be put directly into a bag or other package – with a pre-printed label, thus it would be ready for shipping to the customer. This portion of the system has not yet been realized and is left as future work. / Detta kandidatexamensarbete har gett oss en möjlighet att få en inblick i hur det är att skapa en tjänst från grund och sedan bygga på den tills en fullt fungerande tjänst var skapad. 3D printertjänsten drar igång då en kund laddar upp den önskade filen via hemsidan, som sedan lagras och läggs i en eventuell kö. Från detta behöver inte kunden eller någon annan göra något mer utan allt sköts automatiskt. En konvertering av kundens STL fil till språket Gcode som skrivaren kan tolka sker med hjälp av programmet Skeinforge. Själva skrivaren styrs av programmet ReplicatorG där allt bestäms och slutligen ger order till skrivaren att börja skriva ut det som önskas. Om kunden vill så finns en möjlighet att med hjälp av en IP kamera även se sina produkter live då de tillverkas. Idén om att obtjekt direkt ska landa i en förpackning som är redo att skickas till kunden lämnas för framtida arbeten.

Inom området maskinteknik finns idag ett stort intresse för Reverse Engineering med hjälp av 3Dskanning. Tekniken utgår ifrån att skapa Computer-Aided-Design (CAD) modeller av reala objekt. Föreliggande projekt utfördes vid institutionen för tillämpad fysik och elektronik vid Umeå universitetet i syfte att utvärdera prestationen av Reverse Engineering av objekt som är utmanade at rita direkt i CAD-program. Fyra olika fysiska objekt valdes för analys: en bult, en tolvkantshylsa, en propeller och ett snäckhjul; det sistnämnda tillhandahållen av företaget Rototilt Group AB. Objekten avbildades med en 3D-skannare som använder sig av metoden strukturerat ljus för att läsa in objektens form och har en noggrannhet på 0,04 mm. De 3Davbildade objekten redigerades sedan och CAD-ritningar skapades. Slutligen skrevs CADmodellerna ut med hjälp av en 3D-skrivare och en toleransanalys med gränsvärdet 0,2 mmutfördes för att jämföra dimensionerna av originalobjekten, de olika digitala modellerna samt de utskrivna objekten. Resultatet visar att Reverse Engineering (med vissa begränsningar) är en bra metod för objekt som är utmanade att modellera i CAD. Med tekniken kan fysiska objektrekonstrueras till CAD-modeller snabbt och med hög noggrannhet. / In the field of mechanical engineering, there is an increasing interest in Reverse Engineering using 3D-scanning. The technology is based on creating Computer-Aided-Design (CAD) models of real objects. The present project was carried out at the Department of Applied Physics and Electronics at Umeå University in order to evaluate the performance of Reverse Engineering of objects that are challenging to draw directly in CAD programs. Four different physical objects were selected for analysis: a bolt, a hex socket, a propeller and a worm wheel; the latter provided by the company Rototilt Group AB. A structured light 3D-scanner with a specified accuracy of 0,04 mm was used to image the objects. The 3D images were then post-processed and transferred to CAD software to create the CAD drawings. Finally, the CAD-models were printed with a 3D printer and a tolerance analysis with a limit of 0,2 mm was performed to compare the dimensions of the original objects, the different digital models and the printed objects. The results show that Reverse Engineering (with some limitations) is a good method for objects that are difficult to model in CAD. The technique is well-suited to reconstruct physical objects into CAD-models quickly and with high accuracy.

3D-printing, också känt som additiv tillverkning, är en tillverkningsmetod som har revolutionerat många branscher och har växt stort både inom industrin och för privat användning. Tekniken använder sig utav en lager-på-lager metod för att tillverka olika objekt. Med dagens teknik går det att printa ut föremål av exempelvis metall, plast, betong och ett flertal andra material. Additiv tillverkning av betong ger möjligheten att skapa nya smarta konstruktionslösningar, vilket medför stora materialbesparingar och minskat materialspill. Produktionskostnader och hastighet kan också dra nytta av metoden genom att minska arbetskraft och eliminera kostnader för tillverkning och montering av gjutformar. Den här studien bidrar till en ökad förståelse för vad som krävs för att utveckla ett fungerande betongmaterial för additiv tillverkning. För att additiv tillverkning ska kunna standardiseras, bli mer kommersiellt och få en bredare användning krävs en djupare förståelse av betongens materialegenskaper. Detta eftersom materialet skiljer sig från konventionell betong. Syftet med detta projekt är att utveckla en betongblandning anpassad för additiv tillverkning. En undersökning görs för att hitta (i) en betongblandning med lämpliga mekaniska materialegenskaper och (ii) en betongblandning som är väl anpassad till 3Dskrivare. Det viktigaste för att en betongblandning ska kunna användas för additiv tillverkning är att blandningen kan pumpas genom systemet och extraheras genom munstycket vid tillverkning samt att slutmaterialet visar bra byggbarhet. Pumpbarhet är förutsättningen för att betongen ska kunna användas i en 3D-skrivare. Betongen ska vara tillräckligt smidig för att kunna pumpas ut genom ett munstycke, men även ha en tillräckligt god inre sammanhållning för att inte deformeras efter att den har pumpats ut. Pumpbarhet påverkas till stor del av vilken sorts pumpsystem som används. Resultaten varierar beroende på vilken pump, munstycke och slang som används vid materialtesterna. Det förefaller att en generell blandning anpassad för flera olika pumpsystem är svårt att uppnå. I det här arbetet har sex olika blandningar med olika variationer testats. Detta ledde till 38 blandningar som genomgått olika tester. De blandningarna med bäst resultat efter finjusteringar var blandning 4.1 och 5.1, de visade hög kvalité för pumpbarhet och byggbarhet. Blandning 4.1 innehåller vatten, anläggningscement, starvis 3040, glenium, CERW, krossballast och glasfibrer och blandning 5.1 är likadant fast med flygaska istället för CERW. / 3D printing, also known as additive manufacturing, is a manufacturing method that has revolutionized many industries and has grown widely both in industry and private use. The technique means using a layer-upon-layer method to manufacture different objects. With today's technology, it is possible to print objects of, for example, metal, plastic, concrete and several other materials. Additive manufacturing of concrete structures can be used to create new smart design solutions, which means significant material savings and reduced material waste. Production costs and time reduction may also be achieved using the method due to lower labor requirements and reduced costs for manufacturing and assembling of molds. This study contributes to an increased understanding of what is required to develop a functioning concrete material for additive manufacturing. In order for additive manufacturing to be standardized, become commercial and be broadly used, a deeper understanding of the concrete properties is required. This is because the material used in 3D printing differs from conventional concrete. The purpose of this project is to develop a concrete mixture adapted for additive manufacturing. A survey is made to find (i) a concrete mixture with suitable mechanical material properties, and (ii) a concrete mixture well adapted to 3D printers. The most important thing for a concrete mix to be used for additive production is that the mixture can be pumped through the system and extracted through the nozzle during manufacture and that the final material shows good buildability. Pumpability is a prerequisite for the concrete to be used in a 3D printer. The concrete must be sufficiently flexible to be pumped out through a nozzle, but also have a sufficiently good internal cohesion so as not to deform after it has been pumped out. Pumpability is largely affected by the type of pump system used. The results vary depending on the pump, nozzle and hose used in the material tests. It seems that a general mix adapted to several different pump systems is difficult to achieve. In this work, six different mixtures with different variations have been tested. This led to 38 mixtures that underwent various tests. The mixtures with the best results after fine adjustments were mix 4.1 and 5.1, they showed high quality for pumpability and buildability. Mixture 4.1 contains water, plant cement, starvis 3040, glenium, CERW, crush ballast and glass fibers and mixture 5.1 is similarly fixed with fly ash instead of CERW.

3D-utskrift har under det senaste decenniet blivit mycket populärt och spridit sig till många branscher och material. I denna rapport kommer flera aspekter av användandet av choklad som utskriftsmaterial testas och utvärderas. Genom att bygga en 3D-skrivare har ett flertal viktiga parametrar för 3D-utskrift i choklad anpassats och testats. I rapporten redovisas tillvägagångssätt för konstruktion av olika matningsmekanismer, tester, utmaningar, lärdomar samt resultat. En skrivare konstruerades och anpassades för utskrift av choklad. Då både tid och budget var begränsad avgränsades testen till jämförelse av matningsmekanism, optimal utskriftstemperatur för olika chokladsorter, om kylning är nödvändigt samt munstyckets dimension. Då den ena mekanismen, kugghjulspumpen, visade sig vara mer pålitlig, valdes den till att utföra majoriteten av alla tester. En avgörande aspekt för att kunna skriva ut i choklad var att chokladen stelnade tillräckligt fort. Det visade sig vara mycket svårt att få choklad att stelna snabbt och i rätt fas utan temperering. Därav användes choklad med en bas av palmolja som inte följer samma stelningsfaser som kakaosmör. Temperatur och kylning var även det viktigt. För att den utskrivna modellen ska bli jämn och fin krävs att varje lager hinner stelna innan nästa lager adderas. Skrivaren måste vänta en tid mellan varje lager så att chokladen hinner stelna, men tiden per lager kunde med hjälp av kylande fläktar och lägre utskriftstemperatur, kortas med fler minuter. Munstycket som testen utfördes med hade en diameter på 1,5 mm. Tester med finare munstycken genomfördes och gav på många sätt en bra effekt. Lagrena blev tunnare och finare men det blev ofta stopp i munstycket och ingen större utskrift kunde tyvärr slutföras med mindre munstycken. / Over the last decade, 3D printing has become a popular method for manufacturing in many different materials and industries. This report will touch on the different aspects of using chocolate as a 3D printing material. By building a chocolate 3D printer, different printing parameters has been tested and evalutated. This report will show different feeding systems for chocolate, print results, challenges and learning experiences. A 3D printer was built and customized for chocolate printing. As both time and budget was limited, the tests are restricted to comparing two different feeding mechanisms, optimal printing temperature, the effect of cooling and a test of different nozzle sizes. As one of the feeding mechanisms, the gear pump, turned out to be more reliable, it was used for the majority of the tests. A crucial aspect of printing chocolate well is that the chocolate must solidify quickly. It turned out to be very hard to get the chocolate to solidify without tempering. Therefore we used a chocolate with a high content of palm oil, as it doesn’t need tempering and solidifies much quicker than chocolate containing cocoa butter. Printing temperature and cooling was also very important. To get a smooth surface on the printed part, the previous layer must solidify fully before the next layer. Even at low printing temperatures the printing head must wait for the layer to solidify, but with the help of cooling airflow from fans, the cooling time per layer was reduced. The nozzle that was used for most tests had a diameter of 1,5 mm. Smaller nozzle sizes were tested and resulted in nice prints, however they had a tendency to clog and therefore no large print could be finished with a small nozzle

The art of tattooing has been around for centuries in human history and tattoos are still very popular in today’s society. Tattoos serve as a way to, for example, express people’s personalities, religious beliefs, or culture, and its growing popularity may lead to the need for more technological and automated alternatives. In this project, a computer numerical control plotter was built to investigate the possibilities of automation of tattooing, and the project focused on the possible limitations of performance and safety in an automated tattooing machine. The machine was built using two stepper motors connected with an H-Bot configuration that moved a gantry in the X and Y directions. A third stepper motor connected to a lead-screw was mounted on the gantry enabling movement in Z direction. Several tests were conducted in order to examine the performance of the machine. These tests were done using ink and whiteboard markers to draw different geometries on paper and the subject’s arm. The results showed limitations in the size of the tattoo as the machine could only draw on a flat surface and therefore had trouble adjusting to the uneven surface of an arm. The results also showed that the machine had some trouble drawing rounded geometries, such as circles, which meant that the circles, to a certain extent, got an elliptical appearance. It did however draw straight lines accurately. The main factors of this were believed to be a combination of sub-optimal assembly and the stepper motors being too weak to optimally operate with the H-Bot configuration. The safety risks were considered restricted when using a limit switch sensor and carefully calibrating the speed and movement in the Z-axis. / Tatueringskonsten har funnits i århundraden och tatueringar är fortfarande mycket populära i dagens samhälle. Tatueringar fungerar bland annat som ett sätt att uttrycka människors personligheter, religion eller kultur. Dess växande popularitet kan leda till ett behov av tekniska och automatiserade alternativ. I detta projekt byggdes en CNC-plotter för att undersöka möjligheterna till automatisering av tatueringar och projektet fokuserade på möjliga begränsningar av prestanda och säkerhet hos en automatiserad tatueringsmaskin. Maskinen byggdes med två stegmotorer anslutna med en H-Bot-konfiguration som flyttade en brygga i X- och Y-riktningarna. En tredje stegmotor ansluten till en ledskruv monterades på bryggan vilket möjliggjorde rörelse i Z-led. Flera tester genomfördes för att undersöka maskinens prestanda. Dessa tester gjordes med hjälp av bläck- och tuschpennor för att rita olika geometriska former på papper och testpersoners armar. Resultaten visade begränsningar i tatueringsstorleken eftersom maskinen bara kunde rita på en plan yta och därför hade problem med att anpassa sig till den ojämna ytan av en arm. Resultaten visade också att maskinen hade vissa problem med att rita runda geometrier, så som cirklar, vilket medförde att cirklarna, till en viss grad, fick ett elleptiskt utseende. Den ritade dock raka linjer med bra noggrannhet. De största anledningarna till detta tros vara en kombination av bristfällig montering och att stegmotorerna var för svaga för att optimalt kunna fungera med H-Bot-konfigurationen. Säkerhetsriskerna ansågs vara begränsade vid användning av en gränslägesgivare och noggrann kalibrering av hastigheten och rörelsen i Z-led.

This master thesis report is focused on the development and study of a tendon driven soft actuator for use on the Honda Haru robot. The single degree of freedom actuator will be used to actuate the eyes of the robot. Motivating development of this new actuator is the operational safety of the robot. A soft continuum actuator can provide a higher level of inherent safety as compared with the currently used rigid actuator. After development, a factorial study of the developed actuator was performed in order to understand the effect of velocity, load and material hardness on the actuator motion. The results of this study show that the linearity, hysteresis and current draw of the actuator are all affected by varying material and velocity. No significant effect of actuator load was measured. Data-driven system identification of the actuator was later performed using polynomial models. A relative comparison of standard-, nonlinear- and adaptive ARX models showed that adaptive ARX is most suitable to capture the dynamics of the developed actuator under dynamic conditions. / Denna examesarbetesrapport täcker utveckling samt studie av ett 3d-utskrivet mjukt ställdon. Det vajerdrivna ställdonet är designat för att driva ögonrörelser på den sociala roboten HARU och utvecklingen motiverades av den ökade säkerhet som en mjuk och eftergivlig komponent kan ge robotens användare jämfört med den nuvarande stela mekanismen. Den utvecklade komponenten undersöktes sedan i två faser. Först utfördes en faktorstudie där rörelsehastighets, lastvikts samt materialhårdhets påverkan på ställdonets kinematik undersöktes. Resultaten från denna studie visar att linjäritet, hysteres samt strömförbrukning av det utvecklade ställdonet påverkas av rörelsehastighet samt materialets hårdhet. Ingen signifikant påverkan av lastvikt uppmättes. Utöver faktorstudien undersöktes även förmågan av olika polynomialmodeller att modellera ställdonet med god nogrannhet. Linjära, ickelinjära samt rekursiva linjära modeller utvecklades via systemidentifiering och deras prestanda jämfördes. Resultaten från detta visar att rekursiva linjära modeller är bäst lämpade för att modellera det utvecklade ställdonet under dynamiska förhållanden.