Polymerní kompozity pro 3D tisk v oblasti elektrotechniky

Bc. Tomáš JÁRA

Diplomová práce

Polymer composites for 3D printing in the field of electrical engineering

Anotace:

Tato diplomová práce se zabývá analýzou komerčně dostupných kompozitních filamentů pro 3D tisk technologií FDM se zaměřením na jejich využitelnost v elektroizolačních systémech. Cílem práce je identifikovat nejvhodnější materiál pro tuto aplikaci, přičemž je kladen důraz na dielektrické a mechanické vlastnosti jednotlivých kompozitů. Úvodní část práce se věnuje teoretickému přehledu kompozitních materiálů, jejich struktur, vlastností a specifik použití v aditivní výrobě. Následně je provedena rešerše trhu s cílem zmapovat nabídku kompozitních filamentů, z nichž byly vybrány tři reprezentativní kompozity s matricí z polymerů ASA, PCTG a PLA vyztužených skleněnými vlákny. Pro porovnání byly zařazeny i filamenty z čistých zmíněných polymerů. V experimentální části byly z těchto filamentů vytištěny zkušební vzorky, na nichž byly provedeny elektrické a mechanické zkoušky, konkrétně měření vnitřní a povrchové rezistivity, elektrické pevnosti, dielektrických ztrát a pevnosti v tahu. Výsledky ukázaly, že přídavek skleněných vláken měl na jednotlivé polymery rozdílný vliv a pouze v případě PCTG se skleněnými vlákny došlo ke zlepšení všech sledovaných parametrů. Tento materiál byl proto zvolen pro demonstraci praktického využití, tedy návrh a výrobu držáku kabelu s ověřením jeho funkčnosti. Práce prokazuje, že aditivní výroba pomocí 3D tisku s využitím vhodného kompozitního materiálu nabízí perspektivní cestu pro tvorbu elektroizolačních komponentů.

Abstract:

This thesis deals with the analysis of commercially available composite filaments for 3D printing by FDM technology with a focus on their applicability in electrical insulation systems. The aim of the thesis is to identify the most suitable material for this application, with emphasis on the dielectric and mechanical properties of each composite. The introductory part of the thesis is devoted to a theoretical overview of composite materials, their structures, properties and specifics of their use in additive manufacturing. Subsequently, a market research is carried out to map the range of composite filaments, from which three representative composites with a matrix of ASA, PCTG and PLA reinforced with glass fibres were selected. For comparison, filaments made of pure polymers mentioned above were also included. In the experimental part, test specimens were printed from these filaments and electrical and mechanical tests were performed on them, namely measurements of volume and surface resistivity, dielectric strength, dielectric loss and tensile strength. The results showed that the addition of glass fibres had different effects on the different polymers and only in the case of PCTG with glass fibres was there an improvement in all the parameters studied. Therefore, this material was chosen to demonstrate its practical application, i.e. the design and fabrication of a cable holder with verification of its functionality. The work demonstrates that additive manufacturing by 3D printing using a suitable composite material offers a promising route for the creation of electrical insulation components.

Klíčová slova

3D tisk, dielektrické vlastnosti, elektroizolační materiál, kompozitní filament, mechanické vlastnosti, polymerní kompozit, skleněná vlákna

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 23. 5. 2025

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Petr Kadlec, Ph.D.

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

Fakulta elektrotechnická

Magisterský studijní program / obor:
Materiály a technologie pro elektrotechniku / Materiály a technologie pro elektrotechniku