Σχεδιομελέτη μηχανής τρισδιάστατης εκτύπωσης με χαρακτηριστικά αυξημένης στιβαρότητας, ακρίβειας και ανάλυσης
Creators: name: Κατσέλας, Γεώργιος Σωτηρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Τρισδιάστατη εκτύπωση
Μηχανολογικός σχεδιασμός
Ανάλυση και σύνθεση μηχανισμών
3d printing
Mechanical design
Synthesis and analysis of mechanisms

description: Η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης αναπτύσσεται συνεχώς εδώ και 15 χρόνια και δημιουργεί συνεχώς αυξανόμενο δυναμικό που θα μπορούσε να μεταμορφώσει ριζικά τον σύγχρονο κόσμο. Αυτό γιατί η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι, εκτός από μια νέα τεχνολογία, ένας εντελώς νέος τρόπος βιομηχανικής παραγωγής, που μπορεί να εκτοπίσει σταδιακά τις σημερινές τεχνολογίες. Παράγει λιγότερα απόβλητα, είναι απεριόριστα προσαρμόσιμος σε εξατομικευμένες απαιτήσεις και εφαρμογές και δεν απαιτεί οργάνωση εργασίας με τον τρόπο που απαιτείται στις παραδοσιακές μεθόδους. Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η σχεδιομελέτη ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή αυξημένης στιβαρότητας για χρήση σε εκτυπώσεις ακριβείας. Αρχικά παρουσιάζεται η υφιστάμενη στάθμη γνώσεων, όσον αφορά τις υπάρχουσες τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης καθώς και ο τρόπος λειτουργίας τους. Σε αυτό το σημείο γίνεται μια μικρή έρευνα στην καινοτόμα τεχνολογία της βιοεκτύπωσης. Σε ένα δευτερο πλάνο, γίνεται μια παρουσίαση των εταιρειών που υπάρχουν στον χώρο της τρισδιάστατης εκτύπωσης, με κύρια αναφορά στην κοινότητα της Rep-Rap και της σχεδιαστικής-κατασκευαστικής εξέλιξης κάποιων εκτυπωτών της εν λόγω κοινότητας απ’όπου αντλήθηκαν και ιδέες για την παρούσα εργασία. Επίσης, παρουσιάζεται η εμβέλεια των εφαρμογών των τρισδιάστατων εκτυπωτών, με μια μικρή έρευνα στις βιοιατρικές εφαρμογές της τρισδιάστατης εκτύπωσης. Ακολουθεί μια σύντομη περιγραφή των συστημάτων cad, του ψηφιακού σχεδιασμού, της φιλοσοφίας σχεδιασμού και της ψηφιακής μοντελοποίησης. Η παρούσα εργασία προέκυψε σαν ανάγκη να καλύψει ένα κενό που υπάρχει, όσον αφορά την πιο εξειδικευμένη χρήση τρισδιάστατων εκτυπωτών ανοιχτού κώδικα, και την χρήση αυτών σε εκτυπώσεις ακριβείας. Η αυξημένη στιβαρότητα είναι ένα επιθυμητό χαρακτηριστικό ενός τρισδιάστου εκτυπωτή, η οποία, όπως εξηγείται πετυχαίνεται με συνδυασμό από παραμέτρους, σχεδιαστικούς, επιλογής εξαρτημάτων, κατασκευαστικούς, για την επίτευξη υψηλής ακρίβειας εκτύπωσης. Γι αυτό ακριβώς τον λόγο, γίνεται μια σε βάθος ανάλυση του σχεδιασμού, της σύνθεσης ενός μηχανισμού, της μετάδοσης κίνησης, της επιλογής διαστάσεων, της επιλογής υλικών των υπό σχεδίαση εξαρτημάτων, της μορφοποίησης αυτών, των ηλεκτρομηχανολογικών στοιχείων μηχανών που χρησιμοποιούνται, της χωροταξικής τοποθέτησης αυτών και της επιλογής στοιχείων μηχανοτρονικής και ηλεκτρονικού ελέγχου. Όλος ο σχεδιασμός του τρισδιάστατου εκτυπωτή έγινε με χρήση ενός λογισμικού cad τρισδιάστατης μοντελοποίησης. Γίνεται επίσης μια παρουσίαση της διαδικασίας συναρμολόγησης της μηχανής και παρουσιάζονται στοιχεία κόστους των εξαρτημάτων. Τέλος, γίνεται εξαγωγή επιστημονικών συμπερασμάτων και παρουσιάζονται εναλλακτικοί τρόποι σχεδιασμού του μηχανήματος
description: 3d-printing technology is constantly developing for 15 years, developing a potential that could radically transform the modern world. This is because 3d-printing is a completely new way of manufacturing, that can progressively displace current technologies. It produces less waste, it is adaptable to individual requirements and applications and requires no operations management in the manner required in traditional methods. The object of this dissertation is the design of a three-dimensional printing machine with increased rigidity in order to be used in precision 3d-printing applications. Initially, the existing knowledge level occurs for existing three-dimensional printing technologies and how they work. At this point, we are also researching innovative technology of bio-printing. Furthermore, we present the companies that exist in the field of three-dimensional printing, with primary reference to the community of Rep-Rap and the philosophy of design and manufacturing development of some RepRap printers, from which, we managed to brainstorm in order to fulfill our project objects. In condition to that, we make a brief description of 3d-cad systems, digital design, design philosophy and digital modeling techniques. The present project was necessary to fill a technology-gap as regards the more specific use of three-dimensional open-code printers, the use in precision printing. The increased stiffness is a desirable characteristic of such a 3d-printer, which, as explained, is achieved by a combination of parameters, such as mechanical design, component selection, manufacturing techniques, statical and dynamical evaluation. For this reason, there is an in-depth analysis of the mechanical design, synthesis of a mechanism, the motion design, the mechanical dimensions of each component, the choice of materials, the machining devices being used, the electromechanical parts of machinery used, the positioning of each part in order to manufacture a small-sized 3d-printer and finally the selection of mechatronic components and electronic control. The whole design of the three-dimensional printer was made by using a three-dimensional modeling cad software. It is also presented, the machine assembly process and the cost of the components. Finally, we feedback ourselves and export the scientific conclusions for the strategy of the design process we followed, the 3d-printer specifications and present alternative and more effective ways of machine design