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Innovative Tessellation Algorithm for Generating More Uniform Temperature Distribution in the Powder-bed Fusion ProcessMaleki Pour, Ehsan 12 1900 (has links)
Purdue School of Engineering and Technology, Indianapolis / Powder Bed Fusion Additive Manufacturing enables the fabrication of metal parts with complex geometry and elaborates internal features, the simplification of the assembly process, and the reduction of development time. However, the lack of consistent quality hinders its tremendous potential for widespread application in industry. This limits its ability as a viable manufacturing process particularly in the aerospace and medical industries where high quality and repeatability are critical. A variety of defects, which may be initiated during the powder-bed fusion additive manufacturing process, compromise the repeatability, precision, and resulting mechanical properties of the final part. The literature review shows that a non-uniform temperature distribution throughout fabricated layers is a significant source of the majority of thermal defects. Therefore, the work introduces an online thermography methodology to study temperature distribution, thermal evolution, and thermal specifications of the fabricated layers in powder-bed fusion process or any other thermal inherent AM process. This methodology utilizes infrared technique and segmentation image processing to extract the required data about temperature distribution and HAZs of the layer under fabrication. We conducted some primary experiments in the FDM process to leverage the thermography technique and achieve a certain insight to be able to propose a technique to generate a more uniform temperature distribution. These experiments lead to proposing an innovative chessboard scanning strategy called tessellation algorithm, which can generate more uniform temperature distribution and diminish the layer warpage consequently especially throughout the layers with either geometry that is more complex or poses relatively longer dimensions. In the next step, this work develops a new technique in ABAQUS to verify the proposed scanning strategy. This technique simulates temperature distribution throughout a layer printed by chessboard printing patterns in powder-bed fusion process in a fraction of the time taken by current methods in the literature. This technique compares the temperature distribution throughout a designed layer printed by three presented chessboard-scanning patterns, namely, rastering pattern, helical pattern, and tessellation pattern. The results confirm that the tessellation pattern generates more uniform temperature distribution compared with the other two patterns. Further research is in progress to leverage the thermography methodology to verify the simulation technique. It is also pursuing a hybrid closed-loop online monitoring and control methodology, which bases on the introduced tessellation algorithm and online thermography in this work and Artificial Neural Networking (ANN) to generate the most possible uniform temperature distribution within a safe temperature range layer-by-layer.
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Etude expérimentale de polyélectrolytes hydrophobes modèlesBaigl, Damien 11 September 2003 (has links) (PDF)
Un polyélectrolyte hydrophobe est un polymère portant des charges électriques lorsqu'il est en solution aqueuse et dont l'eau est un mauvais solvant pour le squelette. Cette thèse a pour objectif d'établir l'influence de la nature hydrophobe du squelette sur les propriétés physiques des polyélectrolytes. Pour cela, nous avons tout d'abord synthétisé une série de poly(styrène-\emph(co)-styrènesulfonate de sodium), appelés PSS, possédant des taux de charge $f$ variant entre 30\% et 100\% et comportant entre $N=120$ et $N=2520$ monomères par chaîne. Ces PSS sont caractérisés précisément et peuvent être considérés comme des polyélectrolytes hydrophobes modèles. Nous avons alors étudié leurs propriétés volumiques puis interfaciales.\\ \emph(1. Propriétés en volume.) Le taux de charge effectif de la chaîne unique est anormalement réduit par rapport au cas du polyélectrolyte hydrophile. D'autre part, les propriétés structurales ont été caractérisées par la diffusion des rayons X et la technique de la sonde colloïdale en microscopie à force atomique (AFM). La conformation des chaînes se fait ressentir puisque la longueur de corrélation varie comme $N^0C_p^(-\alpha)$ où $C_p$ est la concentration en polymère et $\alpha$ un exposant dépendant de $f$, décroissant de 1/2 ($f=100\%$) à 1/3 au voisinage de la limite de solubilité. Ces observations sont interprétées dans le cadre d'un modèle théorique prédisant la conformation de la chaîne isolée comme un collier de perles, constitué de globules denses (les perles) reliés deux à deux par un segment de chaîne étirée. La dynamique collective des chaînes, quant à elle, est très proche de celle des polyélectrolytes hydrophiles.\\ \emph(2. Propriétés aux interfaces.) Nous avons conçu une expérience permettant, par adsorption électrostatique ou hydrophobe, de fixer les chaînes de PSS sur une surface solide plane modifiée chimiquement. La couche de PSS adsorbée, immergée dans l'eau, est caractérisée $in~situ$ par ellipsométrie, réflectivité des rayons X haute énergie et microscopie à force atomique. Nous avons ainsi trouvé que la taille de perles varie entre 1 et 5 nm en fonction de $f$. Cette variation est en parfait accord avec les prédictions du modèle dit du collier de perles. Enfin, les polyélectrolytes hydrophobes s'adsorbent également aux interfaces hydrophobes, les perles, dans certains cas, s'étalant sur la surface.
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