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Abstract(s)
Within UrbLog project, this dissertation first goal involves the development of a joint system concept to apply on the tubular internal structure of a hybrid airship prototype – Prototype 3. Such concept aims the application of additive manufacturing technologies, taking advantage of all benefits associated to this type of fabrication. Resorting then to the fused filament fabrication (one of the most common type of additive manufacturing technology), and after the development of several ideas using computer aided design software, a functional joint system concept was presented. The clamping mechanism capacity of the developed joint was validated by means of a suspension test.
Taking into account a possible application of additive manufacturing technology, more specifically the fused filament fabrication, on Prototype 3 structure, it is necessary to conduct studies on the commercially available materials and on the different printing settings. Therefore, the following dissertation also aimed the execution of flexural and tensile trials to analyse both the mechanical properties of parts printed with three different materials – PLA, ABS, and Carbonfil-, and the impact of the infill printing setting (or in other words evaluate the impact of an internal mass reduction). The obtained results showed that all three materials produce parts with quite distinct characteristics. While PLA parts present the highest strength values, Carbonfil and ABS printed samples are respectively the stiffer and the most ductile. The internal mass reduction study was performed by comparing the mechanical properties of test samples with 100% and 50% infill percentages. For all materials, such reduction led to a decrease on both the stiffness and strength of the printed parts. Regarding, for example the tensile and flexural strength, 50% infill parts showed a reduction of respectively 34% and 19% when comparing with the completely solid samples. It was also observed within this trial, that the infill impact on parts strength is superior comparing with the specific modulus, and that such impact increases along the applied load.
O primeiro objetivo desta dissertação surge no âmbito do projecto UrbLog. Mais especificamente, pretende-se desenvolver um conceito para um sistema de junção a aplicar na estrutura tubular de um protótipo de um dirigível híbrido – Protótipo 3. O desenvolvimento de tal conceito visa ao mesmo tempo aplicar tecnologias de fabricação aditiva (impressão 3D), tirando proveito dos vários benefícios associados. Assim sendo, após o desenvolvimento de várias ideias recorrendo a programas de desenho computacional, e usando uma das mais comuns técnicas de fabricação aditiva, Fused filament fabrication, foi possível apresentar um sistema de junção funcional. A execução de um teste de suspensão permitiu validar o mecanismo de aperto da junta desenvolvida. Tendo então em conta uma possível futura aplicação de fabricação aditiva, mais especificamente fused filament fabrication, na estrutura interna do Protótipo 3, torna-se necessário o estudo de diferentes materiais disponíveis no mercado e de várias possíveis configurações de impressão. Seguindo esta linha de pensamento, e através da execução de testes de flexão e tração, foi desenvolvido, na presente dissertação, um estudo das propriedades mecânicas de peças impressas em três materiais diferentes – PLA, ABS e Carbonfil - e também uma análise ao efeito que a definição infill (enchimento) tem nas propriedades de objetos impressos, isto é, uma análise do impacto provocado por uma redução do enchimento. Os resultados mostraram que os três materiais produzem peças com características bastante distintas. Por exemplo, enquanto o PLA produz partes mais resistentes, o Carbonfil e o ABS, tendem, respetivamente, a produzir partes mais rígidas e dúcteis. A análise do efeito que o enchimento tem sobre as pecas produzidas, foi executada comparando provetes de teste completamente sólidos (infill-100%) com provetes com um enchimento de 50% (infill-50%). Os resultados obtidos mostram, para todos os materiais testados, que tal redução de enchimento tem como consequência um deterioramento das propriedades mecânicas, mais especificamente uma redução da rigidez e da resistência dos materiais impressos. Tendo em conta por exemplo a resistência à flexão e à tração, um enchimento de 50% levou a uma diminuição em cerca de 34% da resistência à tração e em cerca de 19% da resistência à flexão. Foi também verificado com este teste que o impacto da redução de enchimento é superior na resistência que no módulo elástico dos materiais impressos, e que tal impacto aumenta conjuntamente com a força aplicada.
O primeiro objetivo desta dissertação surge no âmbito do projecto UrbLog. Mais especificamente, pretende-se desenvolver um conceito para um sistema de junção a aplicar na estrutura tubular de um protótipo de um dirigível híbrido – Protótipo 3. O desenvolvimento de tal conceito visa ao mesmo tempo aplicar tecnologias de fabricação aditiva (impressão 3D), tirando proveito dos vários benefícios associados. Assim sendo, após o desenvolvimento de várias ideias recorrendo a programas de desenho computacional, e usando uma das mais comuns técnicas de fabricação aditiva, Fused filament fabrication, foi possível apresentar um sistema de junção funcional. A execução de um teste de suspensão permitiu validar o mecanismo de aperto da junta desenvolvida. Tendo então em conta uma possível futura aplicação de fabricação aditiva, mais especificamente fused filament fabrication, na estrutura interna do Protótipo 3, torna-se necessário o estudo de diferentes materiais disponíveis no mercado e de várias possíveis configurações de impressão. Seguindo esta linha de pensamento, e através da execução de testes de flexão e tração, foi desenvolvido, na presente dissertação, um estudo das propriedades mecânicas de peças impressas em três materiais diferentes – PLA, ABS e Carbonfil - e também uma análise ao efeito que a definição infill (enchimento) tem nas propriedades de objetos impressos, isto é, uma análise do impacto provocado por uma redução do enchimento. Os resultados mostraram que os três materiais produzem peças com características bastante distintas. Por exemplo, enquanto o PLA produz partes mais resistentes, o Carbonfil e o ABS, tendem, respetivamente, a produzir partes mais rígidas e dúcteis. A análise do efeito que o enchimento tem sobre as pecas produzidas, foi executada comparando provetes de teste completamente sólidos (infill-100%) com provetes com um enchimento de 50% (infill-50%). Os resultados obtidos mostram, para todos os materiais testados, que tal redução de enchimento tem como consequência um deterioramento das propriedades mecânicas, mais especificamente uma redução da rigidez e da resistência dos materiais impressos. Tendo em conta por exemplo a resistência à flexão e à tração, um enchimento de 50% levou a uma diminuição em cerca de 34% da resistência à tração e em cerca de 19% da resistência à flexão. Foi também verificado com este teste que o impacto da redução de enchimento é superior na resistência que no módulo elástico dos materiais impressos, e que tal impacto aumenta conjuntamente com a força aplicada.
Description
Keywords
Conceito de Sistema de Junção Definição de Infill Ensaios de Flexão Ensaios de Tração Estrutura Interna Fabricação Aditiva Fused Filament Fabrication Propriedades Mecânicas Protótipo 3