Zjišťování tepelné vodivosti prvků s vnitřní strukturou vyrobenou 3D tiskem z filamentů s příměsmi organických materiálů

Bc. Jan Čapek

Master's thesis

Determination of the thermal conductivity of elements with internal structure made by 3D printing from filaments with admixtures of organic materials

Abstract:

Tato diplomová práce se zaměřuje na zkoumání tepelně izolačních a mechanických vlastností prvků vyrobených z filamentů obsahujících organické příměsi. Cílem práce bylo navrhnout a experimentálně ověřit postupy, které by mohly vést ke zlepšení tepelně izolačních vlastností vyrobených součástí. Měření probíhalo na vzorcích vyrobených 3D tiskem metodou FDM ze tří různých filamentů. Každý použitý filament obsahoval jiné organické příměsi. K měření tepelných vlastností byl použit přístroj ISOMET 2104 a mechanické vlastnosti byly zkoušeny na trhacích strojích Labortech MPTest 5.050 a Tempos ZDM 50. Naměřené hodnoty byly statisticky zpracovány a zobrazeny pomocí grafů a tabulek. Z naměřených hodnot je patrné, že součinitel tepelné vodivosti je přímo úměrný hustotě vnitřní výplně. Tato závislost byla ověřena prostřednictvím korelační a regresní analýzy. Zkoušky tlakových vlastností odhalily, že s poklesem hustoty vnitřní výplně klesá i mez pevnosti v tlaku vyrobených součástí. Opačná závislost byla sledovaná při měření tahových vlastností. Možné vysvětlení těchto jevů spolu s porovnáním naměřených hodnot s odbornou literaturou bylo popsáno v diskuzi.

Abstract:

This thesis focuses on the investigation of thermal insulation and mechanical properties of components made from filaments containing organic admixtures. The aim of the thesis was to propose and experimentally verify procedures that could lead to an improvement of the thermal insulation properties of the manufactured components. The measurements were performed on samples made by 3D printing using the FDM method from three different filaments. Each used filament contained different organic admixtures. The ISOMET 2104 was used to measure the thermal properties and the mechanical properties were tested on Labortech MPTest 5.050 and Tempos ZDM 50 testing machines. The measured values were statistically processed and displayed using graphs and tables. The measured values show that the thermal conductivity coefficient is directly proportional to the density of the internal filling. This dependence was verified by correlation and regression analysis. The compressive properties tests revealed that the compressive strength of the manufactured components decreases as the density of the inner infill decreases. The opposite dependence was observed for the tensile properties. Possible explanations for these phenomena, together with a comparison of the measured values with the literature, have been discussed.

Keywords

3D tisk, filament s obsahem organických materiálů, izolační materiál, tepelná vodivost, tepelný odpor

Keywords

3D print, filament containing organic materials, thermal conductivity, thermal resistence, insulation material

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 3. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 20. 5. 2024
• Supervisor: doc. Ing. Pavel Neuberger, Ph.D.
• Reader: Radomír Adamovský, DrSc.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Engineering

Master programme:
Agricultural machinery