title: Small size 3D printed hydraulic components with integrated fluid sensing 
capabilities: A proof of concept
Creators: name: Μανωλη Χρυσουλα
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2021

description: The field of thermal management is becoming more and more important due to the increased demands in application fields such as aerospace (engines, shielding), automotivem(batteries, electric motors), particle detectors (silicon tracker cooling) and manufacturing (injection molds, tooling stamps). Sensing and monitoring fluid parameters of circulating fluids, used in thermal management systems is essential to the control and efficiency of a process system. Complex hydraulic circuits with a number of integrated sensors are required, to meet the increased demands of such applications. As systems become more complex so too does the measurement of fluid properties. 
SWaP (Smart Wall Pipes and ducts) is a project that has been developed, in the frame of the ATTRACT project, funded by Horizon 2020. Two large Organizations, based in Switzerland, CERN (European Organization for Nuclear Research) and CSEM (Swiss Centre for Electronics and Microtechnology) collaborated and worked on the development of revolutionary components for the next generation of cooling systems, directly embedding sensors in a hydraulic circuit element by the combination of Additive Manufacturing (AM) technologies. SWaP addresses the limitations of conventional methods by combining AM techniques for the fabrication of smart structures (Selective Laser Melting and Aerosol Jet Printing). This project has received funding from the ATTRACT project funded by the EC under Grant Agreement 777222.
The subject of this Master Thesis is combined with the work on SWaP, in the frame of the candidate's technical studentship at CERN (Sep19 – Oct20). An overview on the Additive Manufacturing technology, commonly known as “3D-printing”, including the methods, the used materials and the key advantages over conventional manufacturing (freedom of design, complex shapes, and on demand production) are presented in the first part of this work. Then, the thesis concentrates on the different methods of metal AM for the production of structural components, with an emphasis on the SLM method. The innovative technology of AJP is analyzed, presenting the state-of-the-art fields of application.
The second part of the thesis concentrates on the fabrication and evaluation of the SWaP prototype, including the used methods of AM, the materials, the laboratory equipment and the test methods. Finally, the test results for the evaluation of the SWaP prototype sensor are presented and discussed.  
description: Το πεδίο της θερμικής διαχείρισης γίνεται όλο και πιο σημαντικό λόγω των αυξημένων απαιτήσεων σε τομείς όπως η αεροδιαστημική (κινητήρες, θωράκιση), η αυτοκινητοβιομηχανία (μπαταρίες, ηλεκτρικοί κινητήρες), οι ανιχνευτές σωματιδίων (silicon tracker detectors) και η κατασκευή (καλούπια έγχυσης). Η ανίχνευση και παρακολούθηση των ιδιοτήτων των ρευστών, που χρησιμοποιούνται σε συστήματα θερμικής διαχείρισης είναι απαραίτητη για τον έλεγχο και την απόδοση συστημάτων διεργασίας. Σύνθετα υδραυλικά κυκλώματα με έναν αριθμό ενσωματωμένων αισθητήρων, είναι απαραίτητα για την κάλυψη των αυξημένων απαιτήσεων τέτοιων εφαρμογών. Καθώς τα συστήματα γίνονται πιο περίπλοκα, το ίδιο γίνεται και η μέτρηση των ιδιοτήτων των ρευστών.
Το SWaP (Smart Wall Pipes and ducts) είναι ένα project που αναπτύχθηκε στα πλαίσια του ATTRACT project, Horizon 2020. Δύο μεγάλοι οργανισμοί, το CERN (Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικής Έρευνας) και το CSEM (Ελβετικό Κέντρο Ηλεκτρονικής και Μικροτεχνολογίας) συνεργάστηκαν για την ανάπτυξη επαναστατικών εξαρτημάτων, για την επόμενη γενιά συστημάτων ψύξης, ενσωματώνοντας απευθείας αισθητήρες στο εσωτερικό τοίχωμα υδραυλικών κυκλωμάτων, με τον συνδυασμό τεχνολογιών Additive Manufacturing (AM). Το SWaP αντιμετωπίζει τους περιορισμούς των συμβατικών μεθόδων συνδυάζοντας τεχνικές AM (SLM και AJP) για την ανάπτυξη έξυπνων κατασκευών. Αυτό το έργο έλαβε χρηματοδότηση από το ATTRACT project που χρηματοδοτήθηκε από την EC βάσει της συμφωνίας επιχορήγησης 777222.
Το θέμα της Μεταπτυχιακής Διατριβής βασίζεται στο SWaP, στα πλαίσια της πρακτικής άσκησης της υποψήφιας στο CERN. Στο πρώτο μέρος της εργασίας γίνεται μια επισκόπηση στην τεχνολογία Additive Manufacturing (ή 3D printing), συμπεριλαμβάνοντας τις μεθόδους, τα υλικά και τα κύρια πλεονεκτήματα σε σχέση με τις συμβατικές μεθόδους κατασκευής. Στη συνέχεια, η εργασία επικεντρώνεται στις διαφορετικές μεθόδους του AM μετάλλων για την παραγωγή δομικών στοιχείων, με έμφαση στη μέθοδο SLM. Η καινοτόμος τεχνολογία του AJP αναλύεται λεπτομερώς, παρουσιάζοντας τα υπερσύγχρονα πεδία εφαρμογής τής. Το δεύτερο μέρος της διατριβής επικεντρώνεται στην κατασκευή και την αξιολόγηση του πρωτοτύπου SWaP, παρουσιάζοντας τις συνδυαστικές μεθόδους AM, τα υλικά, τον εργαστηριακό εξοπλισμό, καθώς και τις πειραματικές μεθόδους. Τέλος, παρουσιάζονται και αναλύονται τα αποτελέσματα των δοκιμών για την αξιολόγηση του αισθητήρα του SWaP πρωτοτύπου.