Additive Manufacturing has opened unexplored paths towards rapid-realization of highly customized goods. The most spread AM technology is the Fused Deposition Modelling (FDM), that allows production of plastic prototypes and finished parts. Among the capabilities of AM process, there is the possibility of printing different materials in the same operation (Multi-Material-Deposition) and creating objects characterized by different grades of moving capability. The motion degrees could be given by printing, within the same operation, separated parts or, as a valid alternative, components motion could be generated through the deformation of flexible parts. This thesis is devoted to the study of this last category of systems, called compliant mechanisms, and to the possibility of measuring such motion thanks to the adoption of embedded sensors. The deformation analysis is carried out through a sensing optical fibre, placed during the printing phase. The study of a feasible embedding strategy, capable of guaranteeing fibre mechanical integrity and measurement ability, is the heart of this thesis. In particular, the work has been focused on the development of a 3D-printed sensing flexure hinge. The capability of optical fibre of measuring strains has been investigated. As last step, an experimental calibration has been explored in order to characterize the relation between fibre measurements and flexure hinge deformation.

La stampa 3D ha spalancato percorsi inesplorati verso la realizzazione rapida di parti altamente personalizzate. La tecnologia AM più diffusa è la Fused Deposition Modelling (FDM), la quale permette la produzione di prototipi e finiti in plastica. Tra questi componenti, vi è la possibilità di stampare, nella stessa sessione, materiali differenti (Multi-Material-Deposition) e di creare oggetti caratterizzati da differenti possibilità di movimento. Vari gradi di mobilità possono essere conferiti stampando, nella stessa operazione, parti differenti e separate. Una valida alternativa è costituita dalla generazione di movimento attraverso la deformazione di sezioni flessibili del componente. Questa tesi è dedicata allo studio di quest’ultima categoria di sistemi, chiamati meccanismi compliant, e alla possibilità di misurarne il movimento tramite l’adozione di sensori integrati. L’analisi della deformazione è effettuata tramite una fibra ottica, opportunamente posizionato durante la fase di stampa. Lo studio di una valida strategia di integrazione, capace di garantire l’integrità strutturale del giunto e l’attendibilità di misura della fibra, è il cuore della tesi. Il lavoro si è dunque concentrato sullo sviluppo di un giunto compliant sensorizzato stampato 3D. In ultimo, l’indagine della relazione tra misurazione della fibra e rotazione del giunto è stata sviluppata attraverso una taratura sperimentale.

Investigation about fibre optics embedding in 3D-printed parts. Design and experimental validation of distributed sensing system in a compliant hinge

BIZZOZERO, FRANCESCO
2016/2017

Abstract

Additive Manufacturing has opened unexplored paths towards rapid-realization of highly customized goods. The most spread AM technology is the Fused Deposition Modelling (FDM), that allows production of plastic prototypes and finished parts. Among the capabilities of AM process, there is the possibility of printing different materials in the same operation (Multi-Material-Deposition) and creating objects characterized by different grades of moving capability. The motion degrees could be given by printing, within the same operation, separated parts or, as a valid alternative, components motion could be generated through the deformation of flexible parts. This thesis is devoted to the study of this last category of systems, called compliant mechanisms, and to the possibility of measuring such motion thanks to the adoption of embedded sensors. The deformation analysis is carried out through a sensing optical fibre, placed during the printing phase. The study of a feasible embedding strategy, capable of guaranteeing fibre mechanical integrity and measurement ability, is the heart of this thesis. In particular, the work has been focused on the development of a 3D-printed sensing flexure hinge. The capability of optical fibre of measuring strains has been investigated. As last step, an experimental calibration has been explored in order to characterize the relation between fibre measurements and flexure hinge deformation.
ROSA, FRANCESCO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
19-apr-2018
2016/2017
La stampa 3D ha spalancato percorsi inesplorati verso la realizzazione rapida di parti altamente personalizzate. La tecnologia AM più diffusa è la Fused Deposition Modelling (FDM), la quale permette la produzione di prototipi e finiti in plastica. Tra questi componenti, vi è la possibilità di stampare, nella stessa sessione, materiali differenti (Multi-Material-Deposition) e di creare oggetti caratterizzati da differenti possibilità di movimento. Vari gradi di mobilità possono essere conferiti stampando, nella stessa operazione, parti differenti e separate. Una valida alternativa è costituita dalla generazione di movimento attraverso la deformazione di sezioni flessibili del componente. Questa tesi è dedicata allo studio di quest’ultima categoria di sistemi, chiamati meccanismi compliant, e alla possibilità di misurarne il movimento tramite l’adozione di sensori integrati. L’analisi della deformazione è effettuata tramite una fibra ottica, opportunamente posizionato durante la fase di stampa. Lo studio di una valida strategia di integrazione, capace di garantire l’integrità strutturale del giunto e l’attendibilità di misura della fibra, è il cuore della tesi. Il lavoro si è dunque concentrato sullo sviluppo di un giunto compliant sensorizzato stampato 3D. In ultimo, l’indagine della relazione tra misurazione della fibra e rotazione del giunto è stata sviluppata attraverso una taratura sperimentale.
Tesi di laurea Magistrale
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