Μορφοποίηση σε τρισδιάστατους εκτυπωτές κατασκευών τύπου sandwich με πυρήνες νανοσύνθετων ευκάμπτων μεταϋλικών (ιεραρχικές κυψελοειδείς δομές)
Authors: Μανσούρ Μισέλ-Τεοντόρ 
Published: April 2022

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιείται διερεύνηση των εκτυπωμένων νανοσύνθετων μεταϋλικών για σύνθετες κατασκευές τύπου sandwich, με χρήση των αναπτυγμένων ιεραρχικών κυψελοειδών δομών ως πυρήνων και εξωτερικά φύλλα ενισχυμένα με ανθρακονήματα με βάση την εποξειδική ρητίνη. Οι σύνθετες αυτές δομές σε συνδυασμό με τη χρήση προηγμένων νανοϋλικών δύναται να βελτιστοποιηθούν όσον αφορά τις μηχανικές και ταλαντωτικές τους ιδιότητες μέσω πειραματικών εφαρμογών και υπολογιστικής προσομοίωσης. Συγκεκριμένα, η αρχική ενότητα της διατριβής περιλαμβάνει τη μελέτη και τον προσδιορισμό της μηχανικής απόδοσης σύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας μέσω διαφόρων πειραματικών εφαρμογών, όπως πειράματα θλίψης, φόρτισης-αποφόρτισης, νανοδιείσδυσης καθώς και ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM), για τον χαρακτηρισμό της μορφολογίας των επιφανειών των δοκιμίων που εξετάζονται. Εν συνεχεία, πραγματοποιείται μια γενική αναφορά στο αναπτυγμένο μοντέλο αυτόματης ιεραρχικοποίησης κυψελοειδών δομών με σταθερή σχετική πυκνότητα και ακολούθως περιγράφεται η εκτύπωση των ιεραρχικών κυψελοειδών δομών με χρήση των δύο βέλτιστων υλικών βάσει των μηχανικών ιδιοτήτων που μελετήθηκαν προηγουμένως. Επίσης, παρουσιάζεται η θλιπτική συμπεριφορά των εκτυπωμένων ιεραρχικών κυψελοειδών δομών, η οποία εξετάστηκε πειραματικά αλλά και θεωρητικά μέσω πεπερασμένων στοιχείων (FEA) και συγκεκριμένα με χρήση του λογισμικού ANSYS, με σκοπό την εξαγωγή των διαγραμμάτων τάσης-παραμόρφωσης των κυψελοειδών δομών ενώ τέλος πραγματοποιήθηκε σύγκριση μεταξύ πειραματικών και θεωρητικών αποτελεσμάτων. Επίσης, παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα των ταλαντωτικών χαρακτηριστικών των ιεραρχικών κυψελοειδών δομών που εξετάστηκαν. Στην τελευταία και σημαντικότερη ενότητα της παρούσας διατριβής αναπτύχθηκαν και κατασκευάστηκαν ιεραρχικές δομές τύπου sandwich με χρήση των τριών επιπέδων κυψελοειδών δομών ως πυρήνες τους. Οι ιεραρχικές δομές τύπου sandwich αποτελούνται από εξωτερικά φύλλα ανθρακονημάτων σταυρωτής πλέξης με βάση την εποξειδική ρητίνη, οι οποίες κολλήθηκαν μεταξύ τους μέσω ισχυρής εποξειδικής πάστας και έπειτα υποβλήθηκαν σε στατικές δοκιμές κάμψης τριών σημείων, με σκοπό την αξιολόγηση της μηχανικής συμπεριφοράς τους και παράλληλα εξετάστηκαν και αξιολογήθηκαν μέσω πεπερασμένων στοιχείων, με σκοπό τη θεωρητική-πειραματική σύγκρισή τους. Η πειραματική-θεωρητική αξιολόγηση της μηχανικής απόδοσης των εξεταζόμενων ιεραρχικών δομών τύπου sandwich φανέρωσε ιδιαίτερα ικανοποιητικά αποτελέσματα και γι’ αυτόν τον λόγο κρίνεται κατάλληλη η χρήση των εξεταζόμενων δομών sandwich σε εφαρμογές βέλτιστων υλικών και σύνθετων δομών σε κατασκευαστικά στοιχεία που έχουν ως βάση τις μορφοδοκούς. Στη συγκεκριμένη περίπτωση πραγματοποιήθηκαν εφαρμογές με χρήση της δομής sandwich τύπου I-beam με στόχο τη διερεύνηση της μηχανικής απόδοσης των δομών αυτών. Τα συμπεράσματα από τα αποτελέσματα της προσομοίωσης αυτής έδειξαν πως οι μορφοδοκοί αποτελούμενοι από ιεραρχίες τύπου sandwich, αποτελούν μια ιδιαίτερα αισιόδοξη μελλοντική επιλογή για χρήση σε κατασκευές διαφόρων τομέων.