Design a modelování kompozitních struktur pro medicínské aplikace

Martina Kalová

Doctoral thesis

Design and Modeling of Composite Structures for Medical Applications

Abstract:

Tato dizertační práce se zabývá studiem polymerních kompozitních materiálů a jejich využitím v oblasti medicíny. Teoretická část práce je věnována problematice polymerních vláknových kompozitů, využitím kompozitních materiálů v medicíně, a také návrhem a modelováním výrobků pomocí výpočetní techniky. Experimentální část se zabývá aplikací dvou druhů vláknových materiálů ve formě vhodné pro dvě různé konvenční zpracovatelské technologie výroby nesouosých dutých kompozitních profilů. Jedná se o prepregy (předem pryskyřicí nasycená vláknová výztuž) s uhlíkovými a hybridními uhlík/aramidovými vlákny pro technologii lisování ve formě a o tkaniny taktéž uhlíkovou a hybridní uhlík/aramidovou pro technologii ruční laminace. Praktická část je navíc doplněna o nekonvenční metodu výroby kompozitních materiálů, a to pomocí 3D tisku kompozitu z uhlíkových vláken. Cílem práce je vyhodnotit výsledky mechanického zkoušení prototypu na vzpěr, porovnat je s výsledky softwarové analýzy pomocí metody konečných prvků a ověřit tak, zdali výsledky obou provedených metodických postupů korelují.

Abstract:

This dissertation thesis is dedicated to the study of fiber composite materials and their use in the area of medicine. The theoretical part is attached to the problem of polymer fiber composites, the use of composite materials in medicine and also includes a part of product design and modeling using computer technology. The experimental part deals with the application of two kinds of fiber materials in a suitable form for two different conventional technologies for manufacturing non-aligned composite hollow profiles. These are prepregs (resin pre-impregnated fiber reinforcement) with carbon and hybrid carbon/aramid fibers for prepreg compression molding technology and carbon fabrics as well and hybrid carbon/aramid for hand lay-up technology. The experimental part is completed by the unconventional method of manufacturing composite materials using 3D carbon fiber printing. The aim of the work is to evaluate the results of mechanical testing, compare them with the results of software analysis using the finite element method and verify whether the results of both performed methods correlate.

Keywords

polymerní kompozitní materiály, uhlíková vlákna, hybridní vláknová výztuž, duté profily, lisování prepregů, ruční laminace, 3D tisk, metoda konečných prvků

Keywords

polymer composite materials, carbon fibers, hybrid fabric, hollow profiles, prepreg compression molding, hand lay-up, 3D printing, finite element method

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 2. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 25. 6. 2020
• Supervisor: Soňa Rusnáková
• Reader: Jaroslav Sojka, Libor Beneš, Jakub Javořík

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Doctoral programme:
Materiálové vědy a inženýrství