Original title: Large-Scale Robotic 3D Printing of Polymer Composites
Translated title: Large-Scale Robotic 3D Printing of Polymer Composites
Authors: Krčma, Martin ; Fritschi, Ena Lloret (referee) ; Naboni, Roberto (referee) ; Paloušek, David (advisor)
Document type: Doctoral theses
Year: 2023
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [eng] [cze]
Tato disertační práce se zabývá vývojem a výzkumem 3D tiskové metody pro velkorozměrový 3D tisk komplexních, funkčních objektů z recyklovaného polymerního kompozitu. První část práce je materiálově zaměřená, zabývá se složením kompozitu, procesními parametry, materiálovými vlastnostmi a degradací během 3D tisku. Výsledkem této části je publikace v indexovaném časopise, která srovnává materiálové vlastnosti a porozitu tištěných a litých vzorků. V průběhu práce jsou definovány problémy s 3D tiskem tohoto materiálu a je navrženo jejich řešení pomocí tiskových strategií. Druhá část disertační práce se zaměřuje na návrh, provedení a vyhodnocení těchto strategií. Na toto téma byly publikovány dva články, první zaměřený na aplikaci a porovnání víceosých 3D tiskových strategií a druhý, ve kterém je popsána nová metoda 3D tisku. Byly srovnány 4 metody, kombinující neplanární slicing a orientovaný 3D tisk, z pohledu kvality povrchu, obtížnosti zpracování a vystavitelnosti. Získané poznatky byly využity při návrhu zmíněné nové metody 3D tisku, založené na principu variace výšky vrstvy v kombinaci s reorientací tiskové hlavy pro zlepšení možností velkorozměrového 3D tisku objektů s jedním perimetrem, u kterých metoda umožnuje vystavitelnost převisů přes 80°. The main goal of the thesis is research and development of a 3D printing process for large-scale printing of complex, functional objects from recycled polymer composites. The first part of the thesis is material-oriented, dealing with the composite makeup, processing parameters, material properties and their degradation during 3D printing. The results of this part are summarized in a journal article comparing the mechanical properties and porosity of printed and cast samples. During this part of the thesis, material processing problems are defined, and 3D printing strategies are proposed to solve or avoid them. The second part of the thesis then deals with the design, execution and evaluation of these strategies. This is split into two articles, the first one dealing with the application and evaluation of multiaxis 3D printing strategies, and a second that proposes a new printing method. Four methods were compared, combining nonplanar slicing and oriented 3D printing and evaluating the results in terms of buildability, processing difficulty and surface quality. The insights gained during this study were then used to inform the design of the new 3D printing method that makes use of intralayer height variations and tool reorientation to enhance single perimeter printing resulting in an increase in buildability for large-scale 3D printing to over 80° of overhang.
Keywords: Extruze materiálu; Kompozit; Polymerní beton; Velkorozměrový 3D tisk; Víceosý 3D tisk; Composite; Large scale 3D printing; Material extrusion; Multi axis 3D printing; Polymer concrete

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/214443

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-577716


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Doctoral theses