Βέλτιστος τρισδιάστατος σχεδιασμός και μελέτη εξαρτήματος ιστιοπλοΐας, τρισδιάστατη εκτύπωση πρωτοτύπου και προσδιορισμός της αντοχής του.
Optimal 3D design and analysis of a sailboat accessory, 3d printing of the prototype and determination of its strength.
Keywords
Προσθετική κατασκευή ; Τρισδιάστατη εκτύπωση ; Snap shackle ; Στατική ανάλυση ; FDM ; Προσομοίωση ; Ναυτιλιακή βιομηχανίαAbstract
Στόχος της Διπλωματικής Εργασίας είναι η τρισδιάστατη σχεδίαση και η προσθετική
κατασκευή ενός πρωτότυπου εξαρτήματος ιστιοπλοΐας snap shackle, το οποίο θα έχει
βελτιωμένα χαρακτηριστικά συγκριτικά με αντίστοιχα προϊόντα της αγοράς, λαμβάνοντας
υπόψιν απαιτήσεις που σχετίζονται με τη λειτουργικότητα, την αντοχή καθώς και τον τρόπο
κατασκευής του προϊόντος.
Στο Κεφάλαιο 1 περιγράφεται το Snap Shackle και οι εφαρμογές του, και αναφέρονται
αντίστοιχες κατοχυρωμένες παραπλήσιες πατέντες. Επεξηγείται αναλυτικά ο στόχος της
Διπλωματικής Εργασίας σχετικά με το βελτιωμένο προϊόν snap shackle και οι απαιτήσεις που
καλείται να ικανοποιήσει.
Το Κεφάλαιο 2 περιλαμβάνει την ιστορική αναδρομή και τα βασικά χαρακτηριστικά της
τρισδιάστατης εκτύπωσης και της προσθετικής κατασκευής, καθώς και την περιγραφή των
σύγχρονων τεχνικών προσθετικής κατασκευής και των μεθόδων δοκιμών που ακολουθούνται
για τα τελικά εκτυπωμένα προϊόντα. Οι εφαρμογές της τρισδιάστατης εκτύπωσης στη
ναυτιλιακή βιομηχανία παρουσιάζονται στο ίδιο κεφάλαιο.
Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται αναλυτικά ορισμένα από τα συνηθέστερα υλικά της
προσθετικής κατασκευής και γίνεται ειδική περιγραφή της μετεπεξεργασίας των πολυμερών
και των μεταλλικών τελικών προϊόντων για την επίτευξη της απαραίτητης στεγανότητας και
αντοχής αντίστοιχα.
Στο Κεφάλαιο 4 γίνεται αναφορά στα εργαλεία τρισδιάστατου σχεδιασμού και τρισδιάστατης
εκτύπωσης που χρησιμοποιούνται σχεδόν σε όλες τις βιομηχανίες, για τη μοντελοποίηση
σύνθετων 3D ψηφιακών μοντέλων τα οποία στη συνέχεια μπορούν να κατασκευαστούν σε
φυσικά πρωτότυπα. Ειδικότερα, τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν στα πλαίσια της
Διπλωματικής Εργασίας είναι το λογισμικό Autodesk Fusion 360, το λογισμικό Cura και
τρισδιάστατος εκτυπωτής Ultimaker S5.
Το Κεφάλαιο 5 περιλαμβάνει τη διαδικασία σχεδιασμού και βελτιστοποίησης της αρχικής
ιδέας του πρωτότυπου προϊόντος snap shackle με το σχεδιασμό τριών 3D μοντέλων. Η
διαδικασία της τρισδιάστατης εκτύπωσης περιγράφεται αναλυτικά για κάθε μοντέλο, και
αναφέρονται σφάλματα, σχεδιαστικές ή και κατασκευαστικές αδυναμίες που προέκυψαν και
διορθώθηκαν κατά το σχεδιασμό του επόμενου κατά σειρά 3D μοντέλου.
Στο Κεφάλαιο 6 παρουσιάζεται η τεχνική στατική ανάλυση του τελικού πρωτοτύπου snap
shackle μέσω του προγράμματος προσομοίωσης. Η μελέτη γίνεται για το υλικό με το οποίο
συνήθως κατασκευάζονται τα αντίστοιχα προϊόντα της αγοράς, και για τρία υλικά που
μπορούν να εκτυπωθούν με προσθετική κατασκευή. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, το
πρωτότυπο snap shackle παρουσιάζει πολύ καλή αντοχή συγκριτικά με το αντίστοιχο προϊόν
της αγοράς εάν κατασκευαστεί από το υλικό Stainless Steel 17-4 PH.
Συνολικά, η Διπλωματική Εργασία αναδεικνύει τα οφέλη της προσθετικής κατασκευής για το
τρισδιάστατο σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση σύνθετων συναρμολογημένων προϊόντων,
όπως τα Snap Shackles, η οποία οδηγεί σε βελτίωση της απόδοσης και της λειτουργικότητας
ενός προϊόντος, αλλά και σε μείωση του χρόνου και κόστους κατασκευής.
Abstract
The aim of the Diploma Thesis is the 3D design and additive manufacturing of a prototype
snap shackle sailing accessory, with better characteristics compared to corresponding products
on the market, considering requirements related to functionality, durability, and the
manufacturing process.
Chapter 1 describes the Snap Shackle and its applications and lists related patents. The
objective of the Thesis regarding the optimal snap shackle design and the requirements it is
expected to satisfy are explained in detail. Chapter 2 includes the historical overview of 3D
printing and additive manufacturing technology and describes the modern additive
manufacturing techniques and the testing methods followed for the final printed products. The
applications of 3D printing in the shipping industry are presented in the same chapter.
In Chapter 3, some of the most common materials of additive manufacturing are presented in
detail and a special description is made for the post-processing of the polymer and metal end
products to achieve the necessary tightness and strength respectively. Chapter 4 covers the tools
for 3D design and 3D printing used in almost all industries to model complex 3D digital models
that can then be built into physical prototypes. The tools used in the Diploma Thesis are
Autodesk Fusion 360 software, Cura software and Ultimaker S5 3D printer.
Chapter 5 includes the process of designing and optimizing the snap shackle prototype by
designing three 3D models. The 3D printing process is described for each model, and any errors
or manufacturing weaknesses that were encountered and corrected, are reported. In Chapter 6,
the technical static analysis of the final prototype snap shackle is presented, through simulation
software. According to the results, the prototype snap shackle shows very good strength
compared to the corresponding product on the market, if it will be manufactured with stainless
steel 17-4 PH.
Overall, the Thesis highlights the benefits of additive manufacturing for the 3D design and
optimization of complex assemblies, such as Snap Shackles, which improve the product's
performance and functionality, as well as the manufacturing time and cost.