Industry 4.0 και νέες / προηγμένες τεχνολογίες για μια βιώσιμη ανάπτυξη και προστασία του περιβάλλοντος. Η περίπτωση της σχεδίασης και υλοποίησης μηχανικών φίλτρων με μικροπορώδες με τεχνικές 3D printing

Καραμήτρος, Χρήστος

Industry 4.0 and new / advanced technologies for sustainable development and environmental protection. The case of the design and implementation of mechanical filters with microporosity using 3D printing techniques

Διπλωματική εργασία

Author

Καραμήτρος, Χρήστος

Date

2023-07-21

Advisor

Laskaris, Nikolaos

Διπλωματική Εργασία (2.956Mb)

Keywords

Industry 4.0 ; 3D Printing ; Microporous materials ; Τρισδιάστατη εκτύπωση ; Βιομηχανία 4.0 ; Μηχανικά φίλτρα ; Μικροπορώδη υλικά

Abstract

Η παρούσα διατριβή έχει στόχο την διερεύνηση καθω΄ς και τη διασταύρωση της Industry 4.0 και των προηγμένων τεχνολογιών στην επίτευξη των στόχων της βιώσιμης ανάπτυξης και της προστασίας του περιβάλλοντος. Η μελέτη επικεντρώνεται κυρίως στο σχεδιασμό και την υλοποίηση μηχανικών φίλτρων με μικροπορώδεις δομές με τη χρήση τεχνικών τρισδιάστατης εκτύπωσης. Το πρώτο μέρος της διατριβής παρέχει μια εμπεριστατωμένη ανάλυση της Industry 4.0 και των επιπτώσεών της σε διάφορες βιομηχανίες, ενώ παράλληλα εμβαθύνει στην έννοια της τρισδιάστατης εκτύπωσης και τις εφαρμογές της στην ανάπτυξη μικροπορωδών μηχανικών φίλτρων. Διερευνά τις θεμελιώδεις αρχές της τρισδιάστατης εκτύπωσης, συμπεριλαμβανομένων των διαφόρων τεχνικών εκτύπωσης, της επιλογής κατάλληλων υλικών και των επιμέρους μηχανικών τους ιδιοτήτων καθώς και των σχεδιαστικών εκτιμήσεων για τις μικροπορώδεις δομές. Συζητούνται τα πλεονεκτήματα της τρισδιάστατης εκτύπωσης όσον αφορά την εξατομίκευση, την ταχεία πρωτοτυποποίηση και τη μειωμένη σπατάλη υλικών, τονίζοντας τη σημασία τους στις βιώσιμες κατασκευαστικές πρακτικές. Ο πυρήνας της έρευνας περιστρέφεται γύρω από τον σχεδιασμό και την υλοποίηση μικροπορωδών μηχανικών φίλτρων με τη χρήση τεχνικών τρισδιάστατης εκτύπωσης. Η διατριβή διερευνά τη βελτιστοποίηση των γεωμετριών των φίλτρων, την επιλογή υλικών και τις διαδικασίες κατασκευής για την επίτευξη υψηλής απόδοσης διήθησης, χαμηλής πτώσης πίεσης και μακροχρόνιας διάρκειας ζωής. Πραγματοποιούνται πειραματικές μελέτες και προσομοιώσεις για την αξιολόγηση της απόδοσης των τρισδιάστατα εκτυπωμένων φίλτρων στην απομάκρυνση σωματιδίων και ρύπων από τον αέρα και τις πηγές νερού. Εν κατακλείδι, η παρούσα διατριβή συμβάλλει στο σύνολο των γνώσεων διερευνώντας την ενσωμάτωση του Industry 4.0 και συγκεκριμένα της τεχνολογίας της τρισδιάστατης εκτύπωσης για τη βιώσιμη ανάπτυξη και την προστασία του περιβάλλοντος. Η μελέτη περίπτωσης του σχεδιασμού και της υλοποίησης μικροπορωδών μηχανικών φίλτρων με τη χρήση τεχνικών τρισδιάστατης εκτύπωσης καταδεικνύει τις δυνατότητες αυτών των τεχνολογιών για την επίτευξη αποδοτικών συστημάτων φιλτραρίσματος με μειωμένο περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Τα ευρήματα αυτής της έρευνας έχουν επιπτώσεις για τις βιομηχανίες που στοχεύουν στην υιοθέτηση προηγμένων τεχνολογιών στις κατασκευαστικές τους διαδικασίες, δίνοντας παράλληλα προτεραιότητα στη βιωσιμότητα και τη διατήρηση του περιβάλλοντος.

Abstract

This thesis aims to investigate as well as the intersection of Industry 4.0 and advanced technologies in achieving the goals of sustainable development and environmental protection. The study focuses mainly on the design and implementation of mechanical filters with microporous structures using 3D printing techniques. The first part of the thesis provides an in-depth analysis of Industry 4.0 and its impact on various industries, while also delving into the concept of 3D printing and its applications in the development of microporous mechanical filters. Explores the fundamentals of 3D printing, including various printing techniques, selection of appropriate materials and their individual mechanical properties, and design considerations for microporous structures. The advantages of 3D printing in terms of customization, rapid prototyping and reduced material waste are discussed, highlighting their importance in sustainable manufacturing practices. The core of the research revolves around the design and implementation of microporous mechanical filters using 3D printing techniques. The thesis investigates the optimization of filter geometries, material selection and manufacturing processes to achieve high filtration efficiency, low pressure drop and long lifetime. Experimental studies and simulations are performed to evaluate the performance of 3D printed filters in removing particles and pollutants from air and water sources. In conclusion, this thesis contributes to the body of knowledge by exploring the integration of Industry 4.0 and specifically 3D printing technology for sustainable development and environmental protection. The case study of the design and implementation of microporous mechanical filters using 3D printing techniques demonstrates the potential of these technologies to achieve efficient filtration systems with a reduced environmental footprint. The findings of this research have implications for industries aiming to adopt advanced technologies in their manufacturing processes while prioritizing sustainability and environmental conservation.