Polymeerien 4D-tulostuksen sovellukset
No Thumbnail Available
Files
Tunkkari_Tero_2024.pdf (1.93 MB) (opens in new window)
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-12-01
Department
Major/Subject
Kone- ja rakennustekniikka
Mcode
ENG3043
Degree programme
Insinööritieteiden kandidaattiohjelma
Language
fi
Pages
37
Series
Abstract
Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan polymeerejä hyödyntävän 4D-tulostuksen sovelluksia eri teollisuudenaloilla. Työssä tutkitaan lisäksi 4D-tulostuksessa yleisimpien polymeerityyppien tulostusmenetelmiä, ominaisuuksia, ärsykevastereaktioita ja ajan myötä tapahtuvia muodonmuutoksia. Lopuksi pohditaan vielä 4D-tulostukseen liittyviä haasteita ja verrataan on toteutettu kirjallisuustutkimuksena, jonka aineisto koostuu pääosin tutkimus- ja katsausartikkeleista. Tämän työn tavoitteena on esittää nykyhetken tilanne polymeerejä käyttävän 4D-tulostuksen sovelluksista ja tutkimustilanteesta. Käsiteltävät sovellukset valitaan lähivuosina tutkituimmilta aloilta, kuten robotiikasta ja elektroniikasta, biolääketieteestä sekä tekstiiliteollisuudesta. Tavoitteena on myös antaa kattava käsitys polymeerien 4D-tulostukseen vaikuttavista tekijöistä ja 4D-tulostuksessa käytettävien polymeerien ominaisuuksista. Työssä ei kuitenkaan tutkita tarkemmin 4D-tulostukseen liittyvää geometrista ohjelmointia eli tulostettavien kappaleiden rakenteellista suunnittelua erilaisten tietokoneohjelmien avulla. Työssä havaittiin, että polymeerien 4D-tulostuksella on monia etuja tavallisiin 3D-tulostusmenetelmiin verrattuna, sillä 4D-tulostetut kappaleet muuttavat muotoaan ajan myötä, kun ne reagoivat ulkoisiin ärsykkeisiin. Polymeerien muodonmuutoksia voidaan käyttää erilaisissa sovelluksissa, jotka tarvitsevat kykyä reagoida ja mukautua ympäristöön. Erilaisia polymeerejä ja muita materiaaleja voidaan myös yhdistää, mikä mahdollistaa erilaisten materiaalien muodonmuutosten hyödyntämisen samassa sovelluksessa. Lisäksi havaittiin, että käytetyt tulostusmenetelmät vaikuttavat tulostettujen kappaleiden muodonmuutosominaisuuksiin ja käytettäviin polymeerityyppeihin. Polymeerien 4D-tulostuksessa havaittiin lukuisia haasteita, minkä vuoksi sen käytännön sovellukset teollisuudessa ovat vielä rajoitettuja. 4D-tulostetuilla polymeereillä on usein heikko kestävyys, minkä takia ne eivät kestä tulostuksen jälkeisin muodonmuutoksia tehokkaasti. Hitaan vasteajan takia polymeerit eivät kykene reagoimaan ärsykkeisiin tarpeeksi nopeasti. Lisäksi 4D-tulostettujen kappaleiden suunnittelu ja muodonmuutosten mallintaminen on haasteellista. Työn lopputulokseksi saatiin, että polymeerien 4D-tulostuksen käyttöönottoa eri teollisuudenalojen sovelluksissa tutkitaan jatkuvasti, mutta nykyinen teknologia on vielä kehityksen alkuvaiheessa. 4D-tulostukselle kuitenkin odotetaan löytyvän käytännön sovelluksia tulevaisuudessa. Työssä ehdotetaan, että nykyiset haasteet voidaan ratkaista, kun uusia tulostusmenetelmiä ja materiaaleja kehitetään edelleen.Description
Supervisor
Viitala, RaineThesis advisor
Salmi, MikaKeywords
4D-tulostus, 3D-tulostus, polymeeri, sovellus, ärsyke, muodonmuutos