Eine spezielle Art poröser Membranen sind die sogenannten Mikrosiebe. Ihre Dicke ist geringer als der Durchmesser der Poren und sie besitzen eine einheitliche Porengröße und eine dichte Porenpackung. Sie zeichnen sich somit durch eine hohe Trennschärfe aus und eignen sich daher und aufgrund ihres geringen Filtrationswiderstandes besonders für den Einsatz als Filtrationsmedien. Ein Prinzip, um Mikrosiebe herzustellen, ist die Partikel-assistierte Benetzung. Bei dieser Methode wird ein polymerisierbares organisches Öl zusammen mit Kieselgelpartikeln auf einer Wasseroberfläche gespreitet. Nach dem Auspolymerisieren des Öls und dem anschließenden Entfernen der Partikel erhält man die gewünschten Mikrosiebe, welche an den Stellen, an denen sich zuvor die Kieselgelpartikel befanden, Poren besitzen. Die Porengröße der Siebe ist dabei über die Größe der verwendeten Partikel in weiten Grenzen (ca. zwischen 20 nm und 1000 nm) einstellbar und die Größe und Form des Mikrosiebes wird lediglich durch die Flächengröße und -form der zur Herstellung verwendeten Wasseroberfläche vorgegeben. Jedoch ist die mechanische Stabilität der Mikrosiebe für die gewünschte Anwendung als Filtrationsmedium oftmals nicht zufriedenstellend. Daher ist eine Stabilisierung erforderlich. Eine Möglichkeit, diese Stabilisierung zu erreichen, ist das Aufbringen einer externen makroporösen Stützstruktur. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Möglichkeit vorgestellt mittels der Drucktechnik des sog. Inkjet-Druckens eine potentielle Stützstruktur auf ein solches Mikrosieb zu applizieren und dieses somit zu stabilisieren.

Mit der neuartigen Bauweise der additiven Fertigung wurden verschiedene Strukturen aus Carbonbeton hergestellt. Die in diesem Beitrag thematisierte Besonderheit ist die Verwendung von Carbonbewehrung mit mineralischer Tränkung, die es ermöglicht, den Verbund zur Betonmatrix zu verbessern und das volle Potential der digitalen Fertigung im Hinblick auf die geometrische Freiheit auszuschöpfen. Nach der Vorstellung des verwendeten 3D-Druckverfahrens und der Tränkung der Bewehrung wird auf die unterschiedlichen Möglichkeiten der Bewehrungsintegration eingegangen. Im Anschluss werden die Ergebnisse der mechanischen Untersuchungen an den mittels der bevorzugten Herstellungsweise gefertigten Prüfkörpern unter Einbeziehen von CT-Aufnahmen diskutiert. Die entwickelte Technologie hat das Potential, den Bauprozess effizienter und umweltfreundlicher zu gestalten.

Nature develops several materials with remarkable functional properties composed of comparatively simple base substances. Biological materials are often composites, which optime the conformation to their function. On the other hand, synthetic materials are designed a priori, structuring them according to the performance to be achieved. 3D printing manufacturing is the most direct method for specific component production and earmarks the sample with material and geometry designed ad-hoc for a defined purpose, starting from a biomimetic approach to functional structures. The technique has the advantage of being quick, accurate, and with a limited waste of materials. The sample printing occurs through the deposition of material layer by layer. Furthermore, the material is often a composite, which matches the characteristics of components with different geometry and properties, achieving better mechanical and physical performances. This thesis analyses the mechanics of natural and custom-made composites: the spider body and the manufacturing of metallic and non-metallic graphene composites. The spider body is investigated in different sections of the exoskeleton and specifically the fangs. The study involves the mechanical characterization of the single components by the nanoindentation technique, with a special focus on the hardness and Young's modulus. The experimental results were mapped, purposing to present an accurate comparison of the mechanical properties of the spider body. The different stiffness of components is due to the tuning of the same basic material (the cuticle, i.e. mainly composed of chitin) for achieving different mechanical functions, which have improved the animal adaptation to specific evolutive requirements. The synthetic composites, suitable for 3D printing fabrication, are metallic and non-metallic matrices combined with carbon-based fillers. Non-metallic graphene composites are multiscale compounds. Specifically, the material is a blend of acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) matrix and different percentages of micro-carbon fibers (MCF). In the second step, nanoscale filler of carbon nanotubes (CNT) or graphene nanoplatelets (GNP) are added to the base mixture. The production process of composite materials followed a specific protocol for the optimal procedure and the machine parameters, as also foreseen in the literature. This method allowed the control over the percentages of the different materials to be adopted and ensured a homogeneous distribution of fillers in the plastic matrix. Multiscale compounds provide the basic materials for the extrusion of fused filaments, suitable for 3D printing of the samples. The composites were tested in the configuration of compression moulded sheets, as reference tests, and also in the corresponding 3D printed specimens. The addition of the micro-filler inside the ABS matrix caused a notable increment in stiffness and a slight increase in strength, with a significant reduction in deformation at the break. Concurrently, the addition of nanofillers was very effective in improving electrical conductivity compared to pure ABS and micro-composites, even at the lowest filler content. Composites with GNP as a nano-filler had a good impact on the stiffness of the materials, while the electrical conductivity of the composites is favoured by the presence of CNTs. Moreover, the extrusion of the filament and the print of fused filament fabrication led to the creation of voids within the structure, causing a significant loss of mechanical properties and a slight improvement in the electrical conductivity of the multiscale moulded composites. The final aim of this work is the identification of 3D-printed multiscale composites capable of the best matching of mechanical and electrical properties among the different compounds proposed. Since structures with metallic matrix and high mechanical performances are suitable for aerospace and automotive industry applications, metallic graphene composites are studied in the additive manufacturing sector. A comprehensive study of the mechanical and electrical properties of an innovative copper-graphene oxide composite (Cu-GO) was developed in collaboration with Fondazione E. Amaldi, in Rome. An extensive survey campaign on the working conditions was developed, leading to the definition of an optimal protocol of printing parameters for obtaining the samples with the highest density. The composite powders were prepared following two different routes to disperse the nanofiller into Cu matrix and, afterward, were processed by selective laser melting (SLM) technique. Analyses of the morphology, macroscopic and microscopic structure, and degree of oxidation of the printed samples were performed. Samples prepared followed the mechanical mixing procedure showed a better response to the 3D printing process in all tests. The mechanical characterization has instead provided a clear increase in the resistance of the material prepared with the ultrasonicated bath method, despite the greater porosity of specimens. The interesting comparison obtained between samples from different routes highlights the influence of powder preparation and working conditions on the printing results. We hope that the research could be useful to investigate in detail the potential applications suitable for composites in different technological fields and stimulate further comparative analysis.

印刷業的業態可歸類為製造業及服務業二者的綜合體，從客戶接單開始到生產製造出印刷完成品送至客戶端這中間流程的複雜度及變化度，對於個案公司日常營運的管理能力及製程能力都深具考驗。本論文以PWIO模式為架構，個案公司為主體，分析及呈現企業內部流程實作，了解其可強化改善之處，提出具體建議以供個案公司目標修正之參考。本論文同時結合品質成本管理分析與PWIO模式，辨識改善品質成本目標所闗聯之價值流程，以供個案公司未來進行流程改善及設定績效管理，達到目標設定之品質成本結構，以強化個案公司之競爭力，降低成本增加獲利。 本研究針對個案公司，透過PWIO模式及品質成本管理分析之結合應用，所得具體結論及建議包括： 一、就銷售及收款、付款循環而言： 1. 縮短應收帳款與沖帳作業的催帳時間，調整逾齡帳款處置時間與設定停止交易日，避免時間拖延而提高產生壞帳的風險。 2. 建立客戶信用評等機制，降低客戶倒帳風險。 二、生產作業偱環： 3. 排單作業應由印刷廠務純人工作業改為由行政系統改版加入自動篩選建議功能, 以提昇印刷廠務排單的精確度及自動化，增加生產效率。 4. 建立一套庫存管理稽核制度及領料制度，以確保原物料的持續供應，亦可較精確地估算每批印件的生產成本，業務人員在估算價格及利潤時能更精確的掌握。 5. 重新檢討個案公司目前之品檢制度及人力配置，設置廠內品管人員改善廠內生產不良品比率，以減少時常要插單補印壞品數量賠償。 三、品質成本管理： 個案公司之品質成本結構中，內部失敗成本加上外部失敗成本相對於品質成本的比例高於70%，預防成本比例低於10%，可以得知個案公司在品質成本管理上，可加強預防成本及鑑定成本的投資及改善，以降低品質成本。 / Using a case study methodology, this research studies subject company which operates in the printing business that focuses on printings and packing products. Due to the job or customer-tailored, and the artistic characteristics of the printings, the ability of management to deal with the complexity of production process is critical for business success. The research uses PWIO approach to analyze and display the subject company’s operation process, as the basis for improvement suggestions. In addition, a combination of PWIO and concepts of quality cost management, this study is able to form the foundation of future improvement and the framework for performance evaluation and management. In summary, the major conclusions and suggestions found in this study are as follows: 1. Sales aspect: Setting a credit policy for clients in order to control the exposure of credit risk. 2. Payment term: In order to reduce the risk of bad debts, we suggest a more rigid review of accounts receivables turnover rate, overdue accounts, and the allowance for uncollectible accounts 3. Production aspect: 1. We suggest Production schedule should be arranged by automatic system instead of manual operation so as to improve production efficiency and maximize outputs. 2. Establish a stock management system in order to assure the supply of raw materials and compute the production cost more accurately. 3. Review the current human resource deployment and the rules of quality management. We suggest that more QA personnel should be staffed to make sure the consistence of product quality. 4. Quality cost management: The research finds that the ratio of internal and external failure costs to total quality cost is greater than 70% for subject company, while the ratio of prevent cost to total quality cost is less than 10%. A further review of stuffs’ skill and training programs are therefore suggested.

In diesem Beitrag wird ein Vergleich zwischen indirekten Testmethoden zur Bewertung der Verbaubarkeit von 3D-gedruckten Mörteln und Betonen vorgestellt. Die Untersuchungen erfolgten an extrudierten Proben von acht zementbasierten Mischungen mit unterschiedlichem rheologischen Verhalten. Auf der Basis der erzielten Ergebnisse werden Vorhersagen zum Material- bzw. Stabilitätsversagen getroffen und mit den Ergebnissen des Direktdruckversuchs verglichen. Anschließend werden die Vor- und Nachteile unterschiedlicher Prüfmethoden diskutiert. Zu diesen zählen die Techniken der Rotationsrheometrie mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit (engl.: constant rotational velocity, CRV), ein schneller Penetrationstest sowie einaxiale Druckversuche mit und ohne Querdehnungsbehinderung.