Tρισδιάστατα Εκτυπωμένος Χάλυβας: Μηχανικές Ιδιότητες και Απόκριση Απλών Δομικών Στοιχείων 

Μεταπτυχιακός Φοιτητής : Παπαδημητρίου Χριστίνα                           
Επιβλέπων Καθηγητής: Γαντές Χ., Καθηγητής
Ημερομηνία : Οκτώβριος 2023

Η τρισδιάστατη εκτύπωση αποκτάει γρήγορα αποδοχή και στον κατασκευαστικό τομέα, με το σκυρόδεμα να εφαρμόζεται ήδη σε μεγάλη κλίμακα και τις κατασκευές από χάλυβα να κάνουν την εμφάνισή τους. Αποτελεσματικότερη μέθοδος για την τρισδιάστατη εκτύπωση δομικών στοιχείων χάλυβα είναι η Προσθετική Κατασκευή με Σύρμα και Τόξο. Η τεχνολογία αυτή χρησιμοποιείται για την κατασκευή δομικών στοιχείων προσφέροντας ευελιξία εφαρμογής πολύπλοκης γεωμετρίας, ακόμη και σε στοιχεία που προκύπτουν από βελτιστοποίηση, είτε για λόγους στατικής αποτελεσματικότητας, είτε για αρχιτεκτονικούς λόγους. Επιπρόσθετα, η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται και για επιδιορθώσεις βλαβών σε δομικά στοιχεία. Σημαντική είναι η δυνατότητα που παρέχει και για την παραγωγή φορέων μεγάλης κλίμακας είτε αυτοί εκτυπώνονται απευθείας στο σύνολό τους είτε προέρχονται από μεμονωμένα εκτυπωμένα τμήματα. Η συνεχώς αυξανόμενη χρήση της Προσθετικής Κατασκευής με Σύρμα και Τόξο οφείλεται στα σημαντικά πλεονεκτήματα που προσφέρει έναντι του συμβατικού τρόπου παραγωγής μεταλλικών φορέων, αλλά και των άλλων τεχνικών τρισδιάστατης εκτύπωσης με πρώτη ύλη το μέταλλο. Μεταξύ άλλων παρέχει υψηλή ταχύτητα και χαμηλό κόστος κατασκευής, αποδοτικότητα εκτύπωσης και δυνατότητα χρήσης πλήθους κραμάτων από τα οποία μπορούν να προκύψουν στοιχεία με βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες. Δεδομένου ότι οι μηχανικές ιδιότητες και η συμπεριφορά του εκτυπωμένου δομικού στοιχείου εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες, κρίνεται σκόπιμη η περεταίρω διερεύνησή τους με σκοπό να καταστεί στο μέλλον εφικτή η πρόβλεψή τους στο στάδιο του σχεδιασμού της εκτύπωσης. Αντικείμενο της μελέτης αποτέλεσε η διερεύνηση των μηχανικών ιδιοτήτων και της της απόκρισης απλών τρισδιάστατα εκτυπωμένων δομικών στοιχείων χάλυβα με τη χρήση της Προσθετικής Κατασκευής με Σύρμα και Τόξο. Συγκεκριμένα, επιλέχθηκε υλικό ανοξείδωτου ωστενιτικού χάλυβα για στοιχεία δοκών υπό κάμψη και υποστυλωμάτων υπό θλίψη τα οποία συγκρίθηκαν με συμβατικό χάλυβα για αντίστοιχους φορείς. Με τις αναλύσεις των δοκών στόχος ήταν η μελέτη της απόκρισης των στοιχείων σε κάμψη θεωρώντας πλευρική εξασφάλιση και λαμβάνοντας υπόψη τη μη γραμμικότητα υλικού. Για τα στοιχεία στύλων υπό θλίψη λήφθηκε υπόψη η μη γραμμικότητα υλικού και γεωμετρίας σε τέλειους φορείς και σε φορείς με ατέλεια, ενώ εξετάστηκε η επιρροή διαφορετικών υψών. Βασικό αντικείμενο διερεύνησης αποτέλεσε και η διεύθυνση εναπόθεσης του υλικού στα δομικά στοιχεία για γωνίες εναπόθεσης με τον διαμήκη άξονα των στοιχείων ίσες με θ=0ο, θ=45ο και θ=90ο. Σύμφωνα με την αναλυτική διερεύνηση η επιρροή της ανισοτροπίας των μηχανικών ιδιοτήτων του υλικού είναι εμφανής στην απόκριση των στοιχείων, με αυτήν να προκύπτει καλύτερη για γωνία εναπόθεσης υλικού θ=45ο, έπειτα για θ=0ο και τέλος για θ=90ο. Επιπρόσθετα, στην περίπτωση που λαμβάνεται υπόψη μόνο η μη γραμμικότητα του υλικού τα στοιχεία τρισδιάστατα εκτυπωμένου χάλυβα εμφανίζουν μεγαλύτερες αντοχές για τα υλικά που  επιλέχθηκαν, ενώ για μη γραμμικότητα υλικού και γεωμετρίας σε φορείς με ατέλεια καλύτερη συμπεριφορά έχουν τα στοιχεία συμβατικού χάλυβα, χωρίς όμως η διαφορά να είναι μεγάλη.  

Λέξεις κλειδιά: προσθετική κατασκευή με σύρμα και τόξο, τρισδιάστατη εκτύπωση, ανοξείδωτος χάλυβας, μηχανικές ιδιότητες, απόκριση, ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων, εφαρμογές πολιτικού μηχανικού.      

 

Δείτε τη ΜΕ στη βιβλιοθήκη του ΕΜΠ