Doświadczalne wyznaczenie właściwości cieplnych prototypowych materiałów izolacyjnych wykonanych technologią druku 3D

• Autorzy: Anwajler Beata , Spychaj Radosław , Wójcik Patrycja , Piwowar Anna

Warianty tytułu

EN

Experimental determination of thermal properties of prototype insulating materials made with 3D printing technology

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zagadnienia poruszone w artykule, takie jak bionika, techniki addytywne czy materiały izolacyjne są często wskazywane jako perspektywiczne dla obecnie przyjętego kierunku rozwoju przemysłu. Duże zainteresowanie owymi tematami jest spowodowane poszukiwaniem innowacyjnych rozwiązań dla przemysłu, które będą powodowały jego rozwój bez niekorzystnego oddziaływania na środowisko naturalne. Stosując rozwiązania zaczerpnięte z natury, techniki addytywne oraz innowacyjne materiały izolacyjne mogą wpłynąć na ograniczenie spalania paliw kopalnych i niższą emisję szkodliwych substancji powstających w procesie konwersji nieodnawialnych źródeł energii na energię użytkową. W poszukiwaniu nowych rozwiązań w technikach izolacyjnych pomocna okazuje się technologia druku przestrzennego, która pozwala na tworzenie modeli o dowolnym kształcie z zastosowaniem coraz większej ilości materiałów. Stworzone w tej technologii prototypy mogą służyć do badań nad jeszcze bardziej efektywnymi sposobami wykorzystania materiałów izolacyjnych. Zaprojektowano i wydrukowano wielowarstwowe materiały o czworokątnym i sześciokątnym kształcie komórek wewnętrznych z biodegradowalnego materiału PLA. Ustalono wartości obliczeniową współczynnika przewodzenia ciepła, na którą składały się dwie fazy: pomiarowa i obliczeniowa. Przeprowadzono analizę statystyczną określającą wpływ kierunku przepływu ciepła oraz strukturę wewnętrzną prototypowych materiałów na otrzymane wartości współczynników przewodzenia ciepła i oporu cieplnego.

EN

The issues discussed in the article, such as bionics, additive techniques or insulating materials, are often indicated as prospective for the currently adopted direction of industry development. The great interest in these topics is caused by the search for innovative solutions for the industry that will lead to its development without adversely affecting the natural environment. Using the solutions taken from nature, additive techniques and innovative insulating materials can lead to limitation fossil fuel combustion and lower emissions of harmful substances originating from the conversion of non-renewable energy sources usable energy. In the search for new solutions in insulation techniques, 3D printing technology turns out to be helpful, as it allows you to create models of any shape using an increasing number of materials. The prototypes created in this technology can be used to research into even more effective ways of using insulation materials. Designed and multilayer printed material with a quadrangular and hexagonal shaped inner cells of biodegradable material PLA. The calculation values of the thermal conductivity coefficient were determined, which consisted of two phases: measurement and calculation. Statistical analysis was performed by determining the influence of the heat flow direction and the inner structure of prototype materials obtained values of the coefficients of thermal conductivity and thermal resistance.

Słowa kluczowe

PL

izolacja cieplna; izolacje komórkowe; bionika; opór cieplny; aparat płytowy

EN

thermal insulation; cell insulation; bionics; thermal resistance; guarded hot plate apparatus

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2021
• Tom: Nr 6
• Strony: 44--51
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Anwajler Beata

• Politechnika Wrocławska

autor

Spychaj Radosław

• Uniwersytetu Przyrodniczy we Wrocławiu

autor

Wójcik Patrycja

• absolwentka Politechniki Wrocławskiej

autor

Piwowar Anna

• studentka Politechniki Wrocławskiej

Bibliografia

• [1] Badarnah L., Fernandez J. E.: Morphological configurations inspired by nature, Proceedings of the International Association for Shell and Spatial Structures (IASS), Sierpień 2015, Amsterdam.
• [2] Bracconi M., Ambrosetti M., Maestri M., Groppi G., Tronconi E.: A fundamental analysis of the influence of the geometrical properties on the effective thermal conductivity of open-cell foams, Chemical Engineering and Processing - Process Intensification 2018, nr 129, str. 181-189.
• [3] 3Cieplak K., Majewski T.: Badania struktur komórkowych typu hollow sphere wytwarzanych metodą selektywnego spiekania laserowego, Mechanik, 2019, nr 7, str. 439-441.
• [4] Dzianok D., Postawa P.: Zastosowanie nowoczesnych materiałów kompozytowych w przemyśle, Przetwórstwo Tworzyw, wrzesień – październik 2015, nr 5, str. 389-398.
• [5] Encyclopedia Britannica www.britannica.com (dostęp 01.07.2020).
• [6] Firkowicz-Pogorzelska K.: Metodyka określania wartości obliczeniowej współczynnika przewodzenia ciepła materiałów budowlanych, Prace Instytutu Techniki Budowlanej 2001, nr 3 (119), str. 34 – 53.
• [7] Ruszaj A.: Wybrane aspekty bioinspiracji w rozwoju przemysłu, Przegląd Spawalnictwa 2018, nr 3, str. 52-56.
• [8] Grabowska B.: Materiały termoizolacyjne – wybrane aspekty bioinspiracji w klimatyzacji i chłodnictwie, Chłodnictwo & Klimatyzacja 2017, nr 10, str. 60-63.
• [9] Grabowska B., Wiśniewski K., Bawolski K.: Propozycja materiału termoizolacyjnego inspirowanego naturą w technologii druku 3D, Chłodnictwo & Klimatyzacja 2020, nr 12/2019-01, str. 60-63.
• [10] Grabowska B., Kasperski J.: Modeling of thermal properties of thermal insulation layered with transparent, opaque and reflective film. J. Therm. Sci. 2018, nr 27, str. 463–469.
• [11] Grabowska B., Kasperski J.: The Thermal Conductivity of 3D Printed Plastic Insulation Materials—The Effect of Optimizing the Regular Structure of Closures. Materials 2020, vol. 13, nr 19, 4400, str. 1-16.
• [12] Kumar P., Topin F., Vicente J.: Determination of effective thermal conductivity from geometrical properties: Application to open cell foams, International Journal of Thermal Sciences, 2014, nr 81, str. 13-28.
• [13] PN-ISO 8301 Izolacja cieplna - Określanie oporu cieplnego i właściwości z nim związanych w stanie ustalonym - Aparat płytowy z czujnikami gęstości strumienia cieplnego.
• [14] Siemiński P., Budzik G.: Techniki przyrostowe. Druk 3D. Drukarki 3D, Oficyna Wydawcza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2015.
• [15] Strona internetowa firmy Desoutter www.desouttertools.pl (dostęp 20.06.2020).
• [16] Strona internetowa firmy APS www.aps-docieplenia.pl (dostęp 06.12.2020).
• [17] Strona internetowa firmy Turbo Piana www.turbopiana.pl (dostęp 06.12.2020).
• [18] Xu M., David J. M., Hi Kim S.: The Fourth Industrial Revolution: Opportunities and Challenges, International Journal of Financial Research 2018, nr 2, str. 90-95.
• [19] Wegner C., Minnaert L., Ohlberger S., Pulka S.: Bionic structures: from stalks to skyscrapers, Science in School, 2017, nr 40, str. 12-16.
• [20] Wyczółkowski R., Benduch A., Wyleciał T., Urbaniak D., Wyznaczanie przewodności cieplnej złącz w wiązkach stalowych prętów kwadratowych na podstawie pomiarów w aparacie płytowym, Rynek Energii 2014, Nr 6(115), str. 92.
• [21] Wyczółkowski R., Benduch A., Wyleciał T., Urbaniak D., Badania eksperymentalne przewodności cieplnej złącz w wiązkach stalowych prętów kwadratowych, Konferencja Rynek Gazu i Rynek Ciepła 2014, str. 216-228.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).