System development for independently operating multi-head extrusion mechanisms
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2020-06-15
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
62
Series
Abstract
Additive Manufacturing (AM) technologies like Stratasys trademarked Fused Deposition Modeling (FDM), also referred as Fused Filament Fabrication (FFF), have attracted a lot of attention in the recent years. The demand is high to develop an AM technology with good manufacturing quality, wide material selection, quick manufacturing speed and low costs. Since the commercialization of FDM, in the late 1980s the technology has experienced rapid technological developments under the company Stratasys and later in more widespread competition under numerous businesses and open source projects. The technology allows the fabrication of complex structures with wide material selection in an office environment. FDM has its limitations that hinder the widespread utilization of the technology. The technology is limited by many factors including accuracy, quality, material density, material selection and manufacturing speed constraints. This thesis provides a study to address the limitation of production speed through a research and development of a multi-head extrusion system. The objective of this thesis was to investigate the viability of the chosen machine design as an approach to execute independently operating multi-head extrusion system to speed up the manufacturing process. The literature research studies the operational principles and processes of FDM, current state of the art in FDM technology, developments to speed up the manufacturing process and existing multi-head extrusion designs. The study focuses on machine development of a single head system utilizing the selected design. The development is divided into three consecutive stages and testing is carried out after each stage and at the end of the overall development. However, the testing was suspended at the end stages as a consequence of challenges presented by a potentially faulty firmware or motherboard, and as a consequence of time constraints and COVID-19 pandemic. The study provides new knowledge about the potential of the selected design in multi-head extrusion. The concept is feasible from a mechanical perspective and from the software standpoint with a relatively affordable cost. The quality of 3D printed components manufactured with this machine type still remains unknown. This design should be subjected to further studies.Lisäävät valmistusmenetelmät (AM) ovat kasvattaneet kovasti suosiotaan viime vuosina. Kysyntä on kovaa teknologioille, jotka valmistavat laadukkaita osia, omaavat laajan määrän yhteensopiva materiaaleja, ja ovat nopeita ja edullisia. Myös 3D-printtauksena tunnettu FDM-teknologia on kehittynyt nopeasti 1980-luvun lopulta alkaen Stratasys-yrityksen alaisuudessa ja myöhemmin laajemmin kilpailluilla markkinoilla. Tämä pursotukseen perustuva teknologia mahdollistaa monimutkaisten rakenteiden valmistamisen erilaisista materiaaleista toimistoympäristössä. FDM kärsii puutteista, jotka hidastavat teknologian laajempaa käyttöönottoa. Teknologiaa rajoittaa valmistustarkkuus, työn laatu, materiaalin tiiveys, yhteensopivien materiaalien määrä ja valmistusnopeutta rajoittavat tekijät. Tämä työ tutkii mahdollisuutta monipäisen pursotinsysteemin keittämistä nopeuden kasvattamisen näkökulmasta. Työn tarkoitus oli selvittää ehdotetun monipääpursottimen toimivuutta valmistusprosessin nopeuttamisessa. Kirjallisuustutkimusosa perehtyy FDM:n toimintaan ja valmistusprosessiin, FDM-teknologian tämänhetkiseen tilaan, valmistusprosessin nopeuttamiseen keskittyviin teknologioihin ja olemassaoleviin monipääpursotinratkaisuihin. Työn keskiössä on suunnitellun monipursotinlaitteen käyttämän mekanismin kehitys. Kehitystyö on jaettu kolmeen osaan ja testaus toteutettu jokaisen osan jälkeen ja työn lopussa. Testaus keskeytettiin loppuvaiheessa viallisen ohjelmiston tai emolevyn aiheuttamien haasteiden sekä aikataulurajoitteiden ja COVID-19 pandemian seurauksena. Tutkimus lisäsi ymmärrystä ehdotetun mekanismin toimivuudesta ja potentiaalista monipääpursottimen toteuttamisesta valmistusnopeuden parantamiseksi. Käsitelty idea on toteuttamismahdollinen mekaniikan ja ohjelmiston kannalta kohtuullisen alhaisin kustannuksin. Mekanismia käyttävän koneen avulla valmistettujen 3D-osien laatu jäi tutkimuksessa selvittämättä. Tutkimuksessa käsiteltyä ratkaisua monipääpursottimen toteuttamiseksi tulisi tutkia lisää.Description
Supervisor
Partanen, JouniThesis advisor
Kretzschmar, NiklasKeywords
additive manufacturing, fused deposition modeling, multi-head extrusion, independently operating extrusion heads, machine design, 3D-printing