Suklaa 3D-tulostusmateriaalina sekä tulostuspään suunnittelu suklaan pursotukseen
Tuomisto, Mikko (2018)
2018
Konetekniikka
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2018-12-05
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201811192597
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201811192597
Tiivistelmä
Kaupallisten suklaata tulostavien 3D-tulostimien määrä on lisääntynyt viime vuosina. Työssä tutkitaan suklaata 3D-tulostusmateriaalina sekä tulostinpään suunnitteluun vaikuttavia seikkoja.
Suklaan sisältämä kaakaovoi on polymorfinen aine, jossa esiintyy yleisen käsityksen mukaan 6 eri kidemuotoa. Näistä kidemuodoista tavoiteltu suklaan valmistuksessa on kidemuoto V tai toiselta merkintätavaltaan β_2, joka antaa suklaalle parhaimman kiillon, rapean suutuntuman sekä hyvän sulamislämpötilan ja säilyvyyden. Suklaata temperoidaan, jotta suklaaseen saataisiin muodostuttua V muotoisia kiteitä ja jotta sen työstettävyys parantuisi. Suklaan temperointi asettaa kuitenkin haasteita lisäävässä valmistuksessa pursotusmenetelmällä. Haasteena on muun muassa temperoidun suklaan viskositeetin kasvaminen ajan funktiona. Suklaan temperointi voi myös itsessään olla kokemattomalle käyttäjälle liian hankalaa. Suklaata tulostaviin 3D-tulostimiin olisi siis tärkeätä suunnitella automaattisia temperointitoimintoja sekä tapoja hallita viskositeettia.
Suklaata 3D-tulostaessa syytä on myös tuntea muut suklaan viskositeettiin vaikuttavat seikat, kuten suklaan koostumus ja kaakaovoin alkuperä. Suklaa on tiksotrooppinen neste, jonka viskositeetti alenee leikkausnopeuden kasvaessa tiettyyn rajaan saakka.
Työssä arvioidaan erilaisia pumppuvaihtoehtoja, jota voisi soveltaa suklaata tulostavaan tulostuspäähän. Työn yhteenvedossa esitellään konsepti jatkuvatoimisesta temperoitua suklaata pursottavasta tulostuspäästä soveltamalla hammasratas- tai lohkoroottoripumppua. Työssä ehdotetaan 3D-tulostimen kinemaattiseksi ratkaisuksi käänteistä Delta-robotti rakennetta, joka mahdollistaa tulostinpään paikallaan olemisen. Tulostusalustan sijoittamista ehdotetaan myös suljettuun tulostuskammioon, jotta kappale jäähtyisi tasaisemmin. Työssä puhutaan myös elintarvikekelpoisista kontaktimateriaaleista, joista erityisesti ruostumaton teräs sekä POM C-muovi todetaan olevan hyviä vaihtoehtoja tulostuspään rakennuksessa.
Suklaan sisältämä kaakaovoi on polymorfinen aine, jossa esiintyy yleisen käsityksen mukaan 6 eri kidemuotoa. Näistä kidemuodoista tavoiteltu suklaan valmistuksessa on kidemuoto V tai toiselta merkintätavaltaan β_2, joka antaa suklaalle parhaimman kiillon, rapean suutuntuman sekä hyvän sulamislämpötilan ja säilyvyyden. Suklaata temperoidaan, jotta suklaaseen saataisiin muodostuttua V muotoisia kiteitä ja jotta sen työstettävyys parantuisi. Suklaan temperointi asettaa kuitenkin haasteita lisäävässä valmistuksessa pursotusmenetelmällä. Haasteena on muun muassa temperoidun suklaan viskositeetin kasvaminen ajan funktiona. Suklaan temperointi voi myös itsessään olla kokemattomalle käyttäjälle liian hankalaa. Suklaata tulostaviin 3D-tulostimiin olisi siis tärkeätä suunnitella automaattisia temperointitoimintoja sekä tapoja hallita viskositeettia.
Suklaata 3D-tulostaessa syytä on myös tuntea muut suklaan viskositeettiin vaikuttavat seikat, kuten suklaan koostumus ja kaakaovoin alkuperä. Suklaa on tiksotrooppinen neste, jonka viskositeetti alenee leikkausnopeuden kasvaessa tiettyyn rajaan saakka.
Työssä arvioidaan erilaisia pumppuvaihtoehtoja, jota voisi soveltaa suklaata tulostavaan tulostuspäähän. Työn yhteenvedossa esitellään konsepti jatkuvatoimisesta temperoitua suklaata pursottavasta tulostuspäästä soveltamalla hammasratas- tai lohkoroottoripumppua. Työssä ehdotetaan 3D-tulostimen kinemaattiseksi ratkaisuksi käänteistä Delta-robotti rakennetta, joka mahdollistaa tulostinpään paikallaan olemisen. Tulostusalustan sijoittamista ehdotetaan myös suljettuun tulostuskammioon, jotta kappale jäähtyisi tasaisemmin. Työssä puhutaan myös elintarvikekelpoisista kontaktimateriaaleista, joista erityisesti ruostumaton teräs sekä POM C-muovi todetaan olevan hyviä vaihtoehtoja tulostuspään rakennuksessa.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [3460]