Komposiittipakkausrakenteen valmistustekninen selvitys

Diplomityö on tehty Exel Oyj:lle tuotekehityprojektina. Tarkoituksena on kehittää Exel Oyj:n valmistamaa komposiittipakkausrakennetta. Työssä on keskitytty valmistustekniseen selvitykseen komposiittirakenteen teollisen mittakaavan tuotannossa. Työssä selvitettiin erilaisten tuoterakenteiden valmistettavuutta sekä suoritettiin kyseisen tuotteen vaatimusprofiilin mukaisia testejä valituille rakennevaihtoehdoille. Pakkausrakenteelle asetettuja vaatimuksia ovat mm. kuljetusvaatimukset, jotka määräytyvät lähinnä NATO standardien pohjalta. Lisäksi tuotteelta vaaditaan tiettyä pitkäaikaiskestoa käsittelyn kannalta sekä soveltuvuutta vallitseviin ilmasto-olosuhteisiin. Vaatimusten mukaisia ominaisuuksia tutkittiin lisäksi mm. ballistisilla ja mekaanisilla testeillä sekä kaasuläpäisytesteillä. Testien pohjalta voidaan todeta, etteivät perinteisen alipaineinjektoidun komposiittituotteen ballistiset ominaisuudet ole riittävällä tasolla suojatuotetta ajatellen. Ballististen ja mekaanisten testien kesken havaittiin joitain yhtäläisyyksiä ja tämä vaikuttaa olevan nimenomaan mekaanisesti optimoidun komposiitin ominaisuus. DI-työn lopputuloksena on saatu selkeä kuva pakkausrakenteen materiaalivaihtoehtojen soveltuvuudesta kyseiselle tuotteelle. Lisäksi pakkausrakenteelle on ehdotettu neljä erilaista tuotesuunnitelmaan, niiden valmistustekniikat sekä lopputuotteen kustannusarviointi.

Komposiittivaipan moderni optimisuunnittelu ja toteutus

Tavoitteena tällä tutkimuksella on soveltaa modernin optimisuunnittelun keinoja komposiittimuovisen nestesäiliön lieriömäisen vaipparakenteen suunnittelemiseksi optimaalisen tyydyttäviksi valmistustekniikan ja kustannusten kannalta. Kuormituksia on kahdenlaisia. Säiliön sisällä on neste, joka tuottaa hydrostaattisen painekuorman ja järjestelmään kytketty puhallin tuottaa ulkoisen ylipaineen. Säiliöt ovat pystysäiliöitä ja ne tukeutuvat alustaan suoran pohjalaatan avulla. FEM- malleissa kuoren alaosat ovat jäykästi kiinnitettyjä ja yläosissa säteensuuntaiset siirtymät ovat estettyjä. Materiaaleiksi kuoreen on valittu kahdella eri menetelmällä lujitetut komposiittimateriaalit. Kantavan kerroksen toimintona on kantaa kuormat. Sulkukerros toimii korroosiosuojana ja sen lujuus on kantavaa kerrosta pienempi. Keinoina käytetään ensin innovatiivista suunnittelua optimaalisten lähtövaihtoehtojen ideoimiseksi ja valitsemiseksi jatkokehittelyä varten. Tavoitteena on asiakkaan tyytyväisyyden maksimointi huomioiden tuotteen kustannukset ja kesto. Yhtenä suunnittelun keinona on käytetty kuoriteoriaa ja komposiittien materiaalimalleja. Kestoehtoina on sovellettu komposiiteille soveltuvia kriteerejä. Toisena keinona käytetään FEM-laskentaa. Elementtityypiksi on valittu kaksiulotteinen kuorielementti, jossa on ortotrooppisen ainemallin mukaiset materiaaliominaisuudet. Jännitystuloksien merkittävyys keston kannalta selvitettiin Tsai-Hillin kriteerillä. Tuloksina saatiin ensin innovoitua rakenteelle kaksi päävaihtoehtoa, joita alettiin optimoida. Valitussa ratkaisussa on huomioitu kokonaisuus ja eri yksityiskohdat, kuten paino, jäykisteet kustannustehokkuus, valmistusnopeus, laatu, hävikit, päästöt, lujuus ja kilpailukykyinen myyntihinta. Yhteenvetona voidaan todeta, että käytetyt keinot ovat hyvin tehokkaita ja niillä voidaan suunnitella ja toteuttaa komposiittirakenteita, jotka tyydyttävät optimaalisesti loppukäyttäjän teknis- taloudelliset vaatimukset. Lisäksi tulokset osoittavat, että standardin ja FEM-laskennan ennustukset ovat lähellä toisiaan sylinterimäisillä kuoriosilla, mutta standardit suosittavat suurempia mittoja itse jäykisteille.

Lujitemuovisen kaavinterän kannatinpalkin suunnittelu

Diplomityössä perehdytään lujitemuovikomposiitteihin sekä niiden valmistusmenetelmiin. Tavoitteena on kehittää lujitemuovinen paperikoneen kaavinterän kannatinpalkkirakenne. Suunniteltavalla tuotteella pyritään korvaamaan perinteisesti teräksestä valmistetut paperikoneiden kaavinterän pidikepalkit paremmin tarkoitukseen sopivalla lujitemuovisella rakenteella sekä parantamaan jo tuotannossa olevan tuotteen ominaisuuksia. Työssä selvitetään tuotteen vaatimukset, joiden pohjalta laaditaan tuotteen vaatimusprofiili ja suoritetaan materiaalinvalinta perustuen ominaisarvovertailuihin. Suunnitteluosiossa tutkitaan eri rakenneratkaisujen soveltuvuutta kohteeseen. Tutkimustulosten perusteella saatiin kattava kuva eri materiaalien soveltuvuudesta kohteeseen sekä kehitettiin rakenneratkaisu, joka täyttää tuotteelta vaaditut ominaisuudet. Tutkimustulosten pohjalta syntyi myös uuden tyyppinen rakenne jolla saavutetaan huomattavaa tilansäästöä perinteisiin rakenneratkaisuihin nähden. Tämän rakenneratkaisun kehitystyötä on tarkoitus jatkaa.

Fiber-reinforced composite fixed dental prostheses: Studies of the materials used as pontics

Fiber-reinforced composite fixed dental prostheses – Studies of the materials used as pontics University of Turku, Faculty of Medicine, Institute of Dentistry, Department of Biomaterials Science, Finnish Doctoral Program in Oral Sciences – FINDOS, Annales Universitatis Turkuensis, Turku, Finland 2015 Fiber-reinforced composites (FRC), a non-metallic biomaterial, represent a suitable alternative in prosthetic dentistry when used as a component of fixed dental prostheses (FDPs). Some drawbacks have been identified in the clinical performance of FRC restorations, such as delamination of the veneering material and fracture of the pontic. Therefore, the current series of studies were performed to investigate the possibilities of enhancing the mechanical and physical properties of FRC FDPs by improving the materials used as pontics, to then heighten their longevity. Four experiments showed the importance of the pontic design and surface treatment in the performance of FRC FDPs. In the first, the load-bearing capacities of inlay-retained FRC FDPs with pontics of various materials and thicknesses were evaluated. Three different pontic materials were assessed with different FRC framework vertical positioning. Thicker pontics showed increased load-bearing capacities, especially ceramic pontics. A second study was completed investigating the influence of the chemical conditioning of the ridge-lap surface of acrylic resin denture teeth on their bonding to a composite resin. Increased shear bond strength demonstrated the positive influence of the pretreatment of the acrylic surfaces, indicating dissolution of the denture surfaces, and suggesting potential penetration of the monomer systems into the surface of denture teeth. A third study analyzed the penetration depth of different monomer systems on the acrylic resin denture teeth surfaces. The possibility of establishing a durable bond between acrylic pontics and FRC frameworks was demonstrated by the ability of monomers to penetrate the surface of acrylic resin denture teeth, measured by a confocal scanning type microscope. A fourth study was designed to evaluate the load-bearing capacities of FRC FDPs using the findings of the previous three studies. In this case, the performance of pre-shaped acrylic resin denture teeth used as pontics with different composite resins as filling materials was evaluated. The filling material influenced the load-bearing capacities, providing more durable FRC FDPs. It can be concluded that the mechanical and physical properties of FRC FDPs can be improved as has been shown in the development of this thesis. The improvements reported then might provide long lasting prosthetic solutions of this kind, positioning them as potentially permanent rehabilitation treatments. Key words: fiber-reinforced composite, fixed dental prostheses, inlay-retained bridges, adhesion, acrylic resin denture teeth, dental material.