Author: Miljana Zdravkovic

 3. Poredjenje modela u teoriji

 4. Štampa, praktična primena i poredjenje modela u praksi

Poređenje modela u teoriji

Prilikom istraživanja i modelovanja u prethodnoj fazi istraživanja, kreirana su dva modela kocke koristeći različite pristupe i šablone.

Prednost prvog modela: Jednostavnost u dizajnu i stabilnost strukture.

Mane: Velika potrošnja materijala i kompleksnost u postizanju željene fleksibilnosti i stabilnosti.

Prednosti drugog modela: Veća čvrstoća i stabilnost uz smanjenje materijalnih troškova i težine modela. 

Mane: Složenost proizvodnje i potencijalna krhkost na spojevima, što može povećati vreme za razvoj. Takodje prilikom 3d štampe potrebna je izrada podkonstrukcije ili držača.

Štampa, praktična primena i poredjenje u praksi

• Priprema modela za štampu:

-Pripremljena su dva modela za štampu dimenzija 5.6cmx5.6cmx5.6cm, dok je debljina ćelija kod rešetkaste strukture 0.2cm.

• Planirano je da materijal za štampu bude fleksibilna plastika – ukazano je na to da guma ili neki veoma elastičan materijal ne može da se koristi za 3d štampu ovako komplesnih modela.

Nažalost, proces 3D štampanja nije uspeo kako je planirano, jer su modeli štampani od čvrste plastike umesto fleksibilne koja je predvidjena da se koristi, što nije omogućilo željenu funkcionalnost iako je njihova struktura i izgled estetski vrlo zadovoljavajući.

Samim tim onemogućeno je i testiranje modela.

Modeli dobijeni 3d štampom

   

  

 Došlo je do sledećih problema:

• Male dimenzije i krhkost modela, naročito rešetke. Jedina mogućnost za 3D štampu u ovom slučaju je upotreba podkonstrukcije ili držača, kao i povećanje debljine osnovne jedinice na više od 0.2cm kako ne bi došlo do kidanja i pucanja. U suprotnom, nije moguće koristiti savitljive materijale.
• Kod prve kocke, glavni problem su dimenzije. Da bi se omogućilo štampanje od fleksibilnijih materijala, poput gume ili specijalnih plastika, potrebno je prilagoditi dimenzije kako bi se sprečilo pucanje i kidanje strukture.

Smatram da nisam uspela da potvrdim hipotezu sa početka, zato što proces štampe nije bio uspešan odnosno zbog materijala ne može se potvrditi teorijski zaključak, samim tim nemam potvrdu da ovi modeli pružaju satisfakciju korisniku, dok je potvrdjena teza o potrošnji materijala. Ali bez obzira na poteškoće, istraživanje je pružilo uvide u mogućnosti auxetic struktura i njihov potencijal za stvaranje inovativnih rešenja u modelovanju stress release predmeta.

Modeli se mogu sagledati i uporediti teorijski, medjutim potreban je nastavak istraživanja i eksperimentisanja kako bi se hipoteza smatrala potpuno tačnom. Buduće istraživanje uključuje korišćenje fleksibilnijih materijala uz rešavanje problema koji predstavljaju prepreku za process 3d štampe.

 

1. Istraživanje polaznog šablona
2. Formiranje modela koristeći 2d auxetic šablon u grasshopper-u
3. Formiranje modela auxetic rešetke

 Metod rada: Rhino + Grasshopper

 1. Istraživanje polazog šablona 

Istraživanje je usmereno na rotirajuće kvadratne strukture, koje predstavljaju dobar izbor za polazni šablon zbog svoje sposobnosti da efikasno apsorbuju energiju i pružaju visoku fleksibilnost. Ove strukture funkcionišu tako što se kvadratne jedinice rotiraju pod određenim uglom, što omogućava da se bočne strane skupljaju unutra pod pritiskom.  Rezultat ove deformacije je širenje u svim pravcima čime se postiže poboljšana otpornost na udarce i prilagodljivost.

2. Formiranje modela koristeći 2d auxetic šablon u grasshopper-u

Koncept modelovanja prvog modela zasniva se na generisanju dvodimenzionalnih auxetic šablona u različitim ravnima, njihovoj modifikaciji i kombinovanju kako bi se dobila jedinstvena trodimenzionalna struktura.

U ovom procesu, koristili smo rotirajuće kvadratne strukture kao osnovu.

Koristeći centar poligona, šablon je skaliran kako bi se postigle potrebne dimenzije i oblik. Ovo skaliranje nam je omogućilo da precizno kontrolišemo veličinu i proporcije šablona.

 

Nakon skaliranja, spojili smo različite elemente u jedinstvenu oblast. Ovo je uklonilo sve unutrašnje granice između preklapajućih oblasti, stvarajući jedan čvrst i ujednačen oblik.

Zaobljenjem ivica smo eliminisali oštre uglove, čime smo postigli strukturalni integritet i sigurnost. Spojili smo različite segmente u jedinstven solid, što je omogućilo formiranje jedinstvene trodimenzionalne strukture.

Na kraju, alatkom “extrude” od dvodimenzionalnih oblika dobili smo trodimenzionalne strukture koje su zadržale sve karakteristike auxetic šablona.

Nakon toga sve je ponovljeno u XZ ravni kako bismo formirali drugi pravac prostiranja.

Nakon što smo dobili dva identična auxetic šablona u različitim ravnima (XY i XZ), kombinovali smo ih koristeći pristup koji se fokusira na preklapanje solidnih delova. Korišćenjem metode za presek solidnih delova, dobili smo jedinstvenu kocku koja sadrži auxetic otvore. Ovaj korak je omogućio integraciju dvodimenzionalnih šablona u jednu koherentnu trodimenzionalnu strukturu.

 

Korišćenjem metode za presek solidnih delova, konkretno presek izabranog modela (u ovom slučaju sfere i cilindra) sa novonastalom auxetic kockom, moguće je dobiti različite oblike modela.

 

Problem

Konačni rezultat primene auxetic šablona prilikom modelovanja kocke je stabilan i funkcionalan model koji zadržava sva auxetic svojstva. Međutim, jedan od problema u ovom slučaju je velika potrošnja materijala samim tim visoka cena izrade ovog modela. Stoga bi bilo korisno razmotriti alternativne pristupe koji pružaju sličnu satisfakciju i funkcionalnost, ali sa optimizovanom formulacijom.

3. Formiranje modela auxetic rešetke

U istraživanju alternativnog pristupa, proučavana je rešetka, za koju se pretpostavlja da će zahtevati manju potrošnju materijala, dok istovremeno poseduje potrebne funkcije. Ovaj model se oslanja na detaljno sprovedeno numeričko istraživanje “Bending-Dominated Auxetic Materials for Wearable Protective Devices Against Impact”. Cilj je uporediti ovaj model s prethodnim, ukoliko imaju iste funkcionalne performanse, ovaj pristup može biti efikasan za izradu stabilnijih i cenovno slabijih stress release predmeta i zahteva dalje ispitivanje.

Razmatra se 3D rešetkasti materijal: re-entrant honeycomb. Njegovi regularni obrasci u mikrostrukturi definisani su jediničnim ćelijama prikazanim u sledećem prilogu.

Osnovna jedinica: 

 

Dizajn omogućava lako povezivanje sa drugim jedinicama istog tipa, formirajući kontinuiranu rešetku, a istovremeno smanjuje potrošnju materijala bez gubitka mehaničkih svojstava, čime se smanjuju troškovi izrade.

Program korišćen za modelovanje ove strukture je Rhinoceros, u procesu je prvo formirana osnovna jedinica, koja je zatim umnožena kako bi se dobio model rešetke.