Optimizing fused deposition modelling: the impact of geometrical slicing parameters on mechanical properties

This comprehensive study explores the intricate world of 3D printing, with a focus on Fused Deposition Modelling (FDM). It sheds light on the critical factors that influence the quality and mechanical properties of 3D printed objects. Using an optical microscope with 40X magnification, the shapes of the printed beads is correlated to specific slicing parameters, resulting in a 2D parametric model. This mathematical model, derived from real samples, serves as a tool to predict general mechanical behaviour, bridging the gap between theory and practice in FDM printing. The study begins by emphasising the importance of geometric parameters such as layer height, line width and filament tolerance on the final printed bead geometry and the resulting theoretical effect on mechanical properties. The introduction of VPratio parameter (ratio between the area of the voids and the area occupied by printed material) allows the quantification of the variation of geometric slicing parameters on the improvement or reduction of mechanical properties. The study also addresses the effect of overhang and the role of filament diameter tolerances. The research continues with the introduction of 3D FEM (Finite Element Analysis) models based on the RVE (Representative Volume Element) to verify the results obtained from the 2D model and to analyse other aspects that affect mechanical properties and not directly observable with the 2D model. The study also proposes a model for the examination of 3D printed infill structures, introducing also an innovative methodology called “double RVE” which speeds up the calculation of mechanical properties and is also more computationally efficient. Finally, the limitations of the RVE model are shown and a so-called Hybrid RVE-based model is created to overcome the limitations and inaccuracy of the conventional RVE model and homogenization procedure on some printed geometries.

Urban air mobility: modelling the future transport system

The advances in the aviation field, particularly the development of electric flying vehicles, as UAV and eVTOL, paved the way for setting Urban Air Mobility (UAM) services. UAM would provide services for passengers, goods and emergencies and could offer faster trips than ground ones. It is expected that early UAM operations will be performed at Very Low-Level airspace as 0-500 m Above Ground Level. The purpose of this research is to both explore the main features of UAM and test an aerial network model, which could be integrated in a multimodal transport system where ground and aerial mobility services are provided. Analyses on UAM transport system involved two sub-systems: the transport demand sub-system, i.e., the mobility requirements, and the transport supply sub-system, i.e., the service and facilities enabling mobility. At first, the UAM demand levels and features for an Airport Shuttle service have been explored through a suitable survey, by combining Revealed and Stated Preference methodologies, and by calibrating some discrete mode choice models. Then, the focus has been on the transport supply model for UAM services, by focusing on both the ground access points (vertiports) and the aerial network model. A suitable three-dimensional urban aerial network (3D-UAN) model that could support fast aerial connections between O/D pairs has been proposed. Some tests have been implemented to verify the feasibility of the proposed model. Some flying vehicles supporting an Airport Shuttle service have been simulated on the aerial network, which has been specified in terms of both topological features and link transport costs. The preliminary results have showed that the proposed 3D-UAN model could be suitable for supporting UAM services. As for transport engineering, the UAM system framework proposed in this thesis paves the way for further research on air-ground multimodality in urban areas.

What Bees Want: Algorithm-Aided Design di un'arnia progettata per le api e realizzata in Additive Manufacturing

L’importanza delle api per la vita sulla Terra ed il rischio alle quali sono sottoposte per via dell’azione dell’uomo sono ormai un dato di fatto. La concezione antropocentrica della natura e l’allevamento al solo fine produttivo di questi piccoli insetti, ha da sempre danneggiato il loro habitat e interferito con i loro cicli biologici. L’apicoltura, nata come un rapporto mutualistico in cui l’uomo offriva un rifugio alle api e loro in cambio provvedevano al suo nutrimento, si è trasformato in una dannosa dipendenza ed in un assoggettamento di questi insetti ai ritmi artificiali e tutt’altro che naturali della produzione rapida e seriale volta all’ottenimento di un profitto. Un’evidente prova di questa condizione, sono i rifugi per le api, le arnie. Ci siamo mai chiesti perché le arnie hanno questa forma? È quella che preferiscono le api, o quella che rende più pratici e veloci processi di costruzione, gestione e produzione? In natura le api colonizzano cavità quali tronchi cavi di alberi, forme lontane, per non dire diametralmente opposte a quelle in cui le vediamo vivere negli allevamenti. In questa ottica, il design e le nuove tecnologie, poste al servizio della Natura, conducono ad un punto di incontro tra le esigenze umane e quelle degli altri esseri viventi, delle api in questo caso. I concetti di Additive Manufacturing e Design Computazionale, permettono processi di produzione simili a quelli evolutivi naturali e trovano per questa motivazione un’applicazione ideale per progetti che si pongono come fine quello di discostarsi da una visione troppo artificiale, per riavvicinarsi alla perfezione e all’armonia delle leggi della Natura.

Gyrokinetic modelling of plasma transport and investigation on test particle dynamics

Turbulent plasmas inside tokamaks are modeled and studied using guiding center theory, applied to charged test particles, in a Hamiltonian framework. The equations of motion for the guiding center dynamics, under the conditions of a constant and uniform magnetic field and turbulent electrostatic field are derived by averaging over the fast gyroangle, for the first and second order in the guiding center potential, using invertible changes of coordinates such as Lie transforms. The equations of motion are then made dimensionless, exploiting temporal and spatial periodicities of the model chosen for the electrostatic potential. They are implemented numerically in Python. Fast Fourier Transform and its inverse are used. Improvements to the original Python scripts are made, notably the introduction of a power-law curve fitting to account for anomalous diffusion, the possibility to integrate the equations in two steps to save computational time by removing trapped trajectories, and the implementation of multicolored stroboscopic plots to distinguish between trapped and untrapped guiding centers. The post-processing of the results is made in MATLAB. The values and ranges of the parameters chosen for the simulations are selected based on numerous simulations used as feedback tools. In particular, a recurring value for the threshold to detect trapped trajectories is evidenced. Effects of the Larmor radius, the amplitude of the guiding center potential and the intensity of its second order term are studied by analyzing their diffusive regimes, their stroboscopic plots and the shape of guiding center potentials. The main result is the identification of cases anomalous diffusion depending on the values of the parameters (mostly the Larmor radius). The transitions between diffusive regimes are identified. The presence of highways for the super-diffusive trajectories are unveiled. The influence of the charge on these transitions from diffusive to ballistic behaviors is analyzed.

Approfondimento della modellazione parametrica per la valutazione delle capriate lignee. Analisi degli spostamenti e degli stati deformativi della copertura della Cattedrale di San Pietro a Bologna.

La presente tesi si posiziona all’interno di un percorso di ricerca avviato riguardante lo studio delle coperture lignee di vari edifici storici. Gli obiettivi del lavoro consistono nel fornire un quadro generale sullo stato dell’arte della modellazione parametrica per la diagnosi di strutture lignee storiche, completare e approfondire lo studio delle capriate della Cattedrale di S.Pietro a Bologna ed effettuare un confronto sia in termini quantitativi che di velocità esecutiva con metodologia e risultati degli studi precedenti. Il metodo proposto,è stato perfezionato grazie ai feedback ottenuti in corso d’opera a seguito della sua applicazione a nuovi casi studio.L’intento principale è quello di consentire maggior automatizzazione e parametrizzazione del metodo per conferire alle procedure di modellazione un carattere generalizzato e rapidamente replicabile.Sono state ottimizzate le fasi di editing della nuvola di punti e di vettorializzazione delle sezioni degli elementi strutturali.Al fine di approfondire la conoscenza di queste strutture,si è acquisito il rilievo 3D completo del sottotetto dell’edificio con laser scanner.Il primo output consiste quindi in una nuvola di punti dalla quale sono state estrapolate le singole capriate;da queste è possibile estrarre le sezioni delle aste afferenti ai nodi,poi vettorializzate tramite software di modellazione parametrica:sono stati utilizzati algoritmi,programmati e testati nei precedenti studi,che generano 3 modelli per ogni capriata:il modello di rilievo, il modello proiettato e quello “ideale o teorico”.Comparando i modelli e la nuvola di punti di rilievo è possibile analizzare spostamenti e deformazioni delle capriate,ottenere informazioni sul loro comportamento puntale e trarre considerazioni sullo“stato di salute”globale del sottotetto.I dati raccolti permettono di acquisire una maggiore consapevolezza sulle capriate oggetto di indagine e potrebbero essere utilizzati per progettare eventuali interventi di recupero.

Data modelling su database non relazionali: confronto di prestazioni su operazioni CRUD

Gli obiettivi di questi tesi sono lo studio comparativo di alcuni DBMS non relazionali e il confronto di diverse soluzioni di modellazione logica e fisica per database non relazionali. Utilizzando come sistemi di gestione due DBMS Document-based non relazionali, MongoDB e CouchDB, ed un DBMS relazionale, Oracle, sarà effettuata un’analisi di diverse soluzione di modellazione logica dei dati in database documentali e uno studio mirato alla scelta degli attributi sui quali costruire indici. In primo luogo verrà definito un semplice caso di studio su cui effettuare i confronto, basato su due entità in relazione 1:N, sulle quali sarà costruito un opportuno carico di lavoro. Idatabase non relazionali sono schema-less, senza schema fisso, ed esiste una libertà maggiore di modellazione. In questo lavoro di tesi i dati verranno modellati secondo le tecniche del Referencing ed Embedding che consistono rispettivamente nell’inserimento di una chiave (riferimento) oppure di un intero sotto-documento (embedding) all’interno di un documento per poter esprimere il concetto di relazione tra diverse entità. Per studiare l’opportunità di indicizzare un attributo, ciascuna entità sarà poi composta da due triplette uguali di attributi definiti con differenti livelli di selettività, con la differenza che su ciascun attributo della seconda sarà costruito un indice. Il carico di lavoro sarà costituito da query definite in modo da poter testare le diverse modellazioni includendo anche predicati di join che non sono solitamente contemplati in modelli documentali. Per ogni tipo di database verranno eseguite le query e registrati i tempi, in modo da poter confrontare le performance dei diversi DBMS sulla base delle operazioni CRUD.

Scansione 3D per lo sviluppo di prodotti sportivi

Il presente elaborato descrive un lavoro il cui fine ultimo è valutare la fattibilità di una applicazione dell’Additive Manufacturing allo sviluppo di prodotti per il settore sportivo. In particolare, sfruttando la tecnica denominata Fused Deposition Modelling (FDM), si vuole riprodurre la forma di una parete d’arrampicata di roccia. Questa applicazione potrebbe trovare impiego nelle palestre indoor da arrampicata per garantire una esperienza simile a quella reale in un ambiente chiuso, senza problematiche dovute all’influenza delle condizioni atmosferiche e con rischi minori. Per l’acquisizione della geometria di una roccia reale ai fini di realizzare una replica in Additive, si è ritenuto di utilizzare tecniche di Reverse Engineering e, in particolare, la tecnica di scansione 3D basata sull’emissione di luce bianca. Questa tecnologia consente di acquisire tutti i dettagli e le proprietà che un oggetto presenta, creando un modello 3D digitale che rispecchia esattamente il componente reale con cui, successivamente, si potrebbe realizzare una replica accurata del soggetto di partenza, una roccia nel caso in esame, tramite il processo di stampa 3D. Pertanto, lo scopo dell’elaborato è presentare la metodologia che potrebbe essere seguita per riprodurre in Additive una roccia reale. La tesi descrive, quindi, come potrebbe essere svolta la scansione. L'attività si è conclusa con la produzione di un prototipo di roccia tramite tecniche di Additive Manufacturing.

From point cloud to HBIM: an integrated workflow for 3D reconstruction of heritage building with model accuracy evaluation

Modern society is now facing significant difficulties in attempting to preserve its architectural heritage. Numerous challenges arise consequently when it comes to documentation, preservation and restoration. Fortunately, new perspectives on architectural heritage are emerging owing to the rapid development of digitalization. Therefore, this presents new challenges for architects, restorers and specialists. Additionally, this has changed the way they approach the study of existing heritage, changing from conventional 2D drawings in response to the increasing requirement for 3D representations. Recently, Building Information Modelling for historic buildings (HBIM) has escalated as an emerging trend to interconnect geometrical and informational data. Currently, the latest 3D geomatics techniques based on 3D laser scanners with enhanced photogrammetry along with the continuous improvement in the BIM industry allow for an enhanced 3D digital reconstruction of historical and existing buildings. This research study aimed to develop an integrated workflow for the 3D digital reconstruction of heritage buildings starting from a point cloud. The Pieve of San Michele in Acerboli’s Church in Santarcangelo Di Romagna (6th century) served as the test bed. The point cloud was utilized as an essential referential to model the BIM geometry using Autodesk Revit® 2022. To validate the accuracy of the model, Deviation Analysis Method was employed using CloudCompare software to determine the degree of deviation between the HBIM model and the point cloud. The acquired findings showed a very promising outcome in the average distance between the HBIM model and the point cloud. The conducted approach in this study demonstrated the viability of producing a precise BIM geometry from point clouds.

Modellazione del Digital Twin e simulazioni di Virtual Commissioning di un centro di lavoro

Lo studio condotto è relativo allo sviluppo del Digital Twin di macchine automatiche finalizzato all’implementazione del cosiddetto Virtual Commissioning, cioè simulazioni virtuali della messa in servizio delle macchine per la verifica preliminare e/o ottimizzazione dei codici di controllo (Part Program o G-code). In particolare, il caso di studio trattato in questa tesi è la macchina F2F prodotta dall’Azienda GIULIANI (gruppo Bucci Automations S.p.a., Faenza – RA), con centro di lavoro bi-mandrino con tavola rotante azionato tramite controllore Fanuc. Dopo aver creato il Digital Twin della macchina, che ha richiesto come primo passo la digitalizzazione di alcuni componenti di cui non si avevano a disposizione i modelli CAD 3D, sono state effettuate simulazioni di cicli di lavoro di diversi semigrezzi, così da validare il modello in modo approfondito sulla base dell’esame di varie casistiche. In questa tesi si analizzano nel dettaglio il processo di sviluppo del modello e le procedure di simulazioni di Virtual Commissioning implementate sul software Eureka Virtual Machining (Roboris S.r.l., Pisa), delle quali vengono presentati i maggiori problemi riscontrati e illustrate le relative soluzioni. L’obiettivo è quello di fornire linee guida di carattere generale per affrontare anche in futuro le criticità più significative durante la fase di digitalizzazione delle macchine prodotte dall’Azienda. Inoltre, come applicazione particolare delle simulazioni Virtual Commissiong, è stata svolta un’attività di ottimizzazione per la riduzione del tempo di ciclo di lavoro di un pezzo, con lo scopo di incrementare la produttività della macchina. Infine, si fa notare che il produttore del software ha eseguito modifiche alla versione corrente di Eureka sulla base delle criticità che sono state riscontrate e segnalate durante lo sviluppo di questa tesi.

The Basic Reproduction Number Obtained From Jacobian And Next Generation Matrices - A Case Study Of Dengue Transmission Modelling.

The basic reproduction number is a key parameter in mathematical modelling of transmissible diseases. From the stability analysis of the disease free equilibrium, by applying Routh-Hurwitz criteria, a threshold is obtained, which is called the basic reproduction number. However, the application of spectral radius theory on the next generation matrix provides a different expression for the basic reproduction number, that is, the square root of the previously found formula. If the spectral radius of the next generation matrix is defined as the geometric mean of partial reproduction numbers, however the product of these partial numbers is the basic reproduction number, then both methods provide the same expression. In order to show this statement, dengue transmission modelling incorporating or not the transovarian transmission is considered as a case study. Also tuberculosis transmission and sexually transmitted infection modellings are taken as further examples.

Pain Intensity And Cervical Range Of Motion In Women With Myofascial Pain Treated With Acupuncture And Electroacupuncture: A Double-blinded, Randomized Clinical Trial.

Acupuncture stimulates points on the body, influencing the perception of myofascial pain or altering physiologic functions. The aim was to evaluate the effect of electroacupuncture (EAC) and acupuncture (AC) for myofascial pain of the upper trapezius and cervical range of motion, using SHAM acupuncture as control. Sixty women presenting at least one trigger point at the upper trapezius and local or referred pain for more than six months were randomized into EAC, AC, and SHAM groups. Eight sessions were scheduled and a follow-up was conducted after 28 days. The Visual Analog Scale assessed the intensity of local and general pain. A fleximeter assessed cervical movements. Data were analyzed using paired t or Wilcoxon's tests, ANOVA or Friedman or Kruskal-Wallis tests and Pearson's correlation (α=0.05). There was reduction in general pain in the EAC and AC groups after eight sessions (P<0.001). A significant decrease in pain intensity occurred for the right trapezius in all groups and for the left trapezius in the EAC and AC groups. Intergroup comparisons showed improvement in general pain in the EAC and AC groups and in local pain intensity in the EAC group (P<0.05), which showed an increase in left rotation (P=0.049). The AC group showed increases in inclination (P=0.005) sustained until follow-up and rotation to the right (P=0.032). EAC and AC were effective in reducing the pain intensity compared with SHAM. EAC was better than AC for local pain relief. These treatments can assist in increasing cervical range of motion, albeit subtly.

Sistema de análise de movimento para avaliação da postura vertical durante a corrida no teste de esforço máximo incremental

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Metodologia para analise cinematica de volumes respiratorios parciais de nadadores

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Analise quantitativa das adaptações da coluna vertebral em mulheres gravidas

Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Educação Física

Análise do desempenho muscular do quadríceps e dos isquiotibiais em função da série temporal e da amplitude de movimento de atletas amadoras de futsal feminino = : Analysis of muscle performance of the quadriceps and hamstrings as a function of the times series and range of motion of amateurfemale futsal athletes

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física