The Effect of Infill Parameters on the Sound Absorption Characteristics of 3D Printed Structures. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS Thesis_The Effect of Infill Parameters on the Sound Absorption Characteristics of 3D Printed Structures.pdf Restricted to Repository staff only until 21 May 2024. Download (9MB)

Arabic Abstract

يعتبر التلوث الصوتي مشكلة جوهرية ومنتشرة تؤثر في عدة جوانب من المجتمع بما في ذلك البيئة والاقتصاد وصحة الإنسان، ولذلك فإن تطوير ماصات الصوت ذات فعالية أمر يثير اهتمام الباحثين والمستثمرين على حد سواء. ولقد ظهرالتصنيع ثلاثي الأبعاد مؤخرًا كنهج واعد لإنتاج ماصات مسامية معقدة صعبة التصنيع باستخدام الأساليب التقليدية. في بداية هذه الدراسة تم تصميم وتصنيع هياكل جديدة لامتصاص الصوت باستخدام تقنية التصنيع ثلاثي الأبعاد عن طريق نموذج الطباعة المتداخلة (FDM) . ثم إنتاج هياكل ذات وجوه مفتوحة (مكشوفة المسامية) وأخرى مغلقة تماما باستخدام أربعة مواد مختلفة للبناء و هي عديد حمض اللبنيك (PLA) و أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) وأكريلونيتريل-ستايرين-أكريلات (ASA) و كذلك حمض اللبنيك الممزوج بالخشب ( ممزوج ب 20٪ مسحوق الخشب). سعت الدراسة إلى التحقق من تأثير تغيير معلمات الحشو على خصائص امتصاص الصوت للعينات المطبوعة. و على وجه التحديد ، تم اختبار أربعة أنماط ملء مختلفة (الشكل الهرمي, الشكل الشبكي, شكل خلية النحل, وشكل الجايرويد -Gyroid-) ذات مستويات مختلفة من التعقيد وتم طباعة كل عينة بثلاث كثافات حشو مختلفة (25٪ و 50٪ و 75٪). وبعد تحليل خصائص امتصاص الصوت للعينات باستخدام معامل امتصاص للانعكاس الطبيعي، الذي تم تحديده تجريبيًا باستعمال طريقة دالة الانتقال مع أنبوب مقاومة الصوت ذو مكبرين، أشارت النتائج إلى أن الهياكل الأكثر تعقيدًا تؤدي إلى خصائص أفضل لامتصاص الصوت، بحيث تظهر هياكل نمط الحشو الجايرويدي (Gyroid infill) أداءً أحسن مقارنة مع الأنماط الأخرى، يليها نمط خلية النحل (Honeycomb infill). بالإضافة إلى ذلك، فإن نمط الحشو يؤثر على التردد الذي تحدث فيه أعلى قدرة امتصاص، حيث تعد هياكل نمط خلية النحل الأكثر ملاءمة للتطبيقات اليومية. وتبين أن الكثافات العالية للحشو تحسن خصائص امتصاص الصوت إلى حد معين فقط، ومن ثم تؤدي أي زيادة إضافية في التقليل من المسامية الى ضعف في خصائص امتصاص الصوت. وأخيرًا، تم استنتاج ان حمض اللبنيك هي المادة الأكثر ملاءمة لهذا الاستخدام بناءً على أدائها مقارنةً بالمواد الأخرى وبناءً على خواصها الميكانيكية وسهولتها في التصنيع.

English Abstract

Noise pollution is a pervasive and consequential issue that affects multiple aspects of society, including the environment, economy, and human health. As such, the development of effective sound absorbers is of great interest to researchers and investors alike. Recently, 3D printing has emerged as a promising approach for producing complex porous absorbers that are difficult to fabricate using traditional manufacturing methods. In this study, novel sound absorbing structures were designed and fabricated using 3D printing via Fused Deposition Modeling (FDM). Open-faced (open-porous) and enclosed structures were produced using four different materials of construction: Polylactic acid (PLA), Acrylonitrile butadiene styrene (ABS), Acrylonitrile-styrene-acrylate (ASA), and Woodfilled-PLA (PLA mixed with 20% wood flour). The study aimed to investigate the effect of varying infill parameters on the sound absorption characteristics of the printed samples. Specifically, four different infill patterns (Gyroid, Honeycomb, Grid, and Pyramidic) with varying levels of complexity were tested, and each sample was printed with three different volume ratios (25%, 50%, and 75%). The sound absorption properties of the specimens were analyzed using the normal incidence sound absorption coefficient, which was experimentally determined using the transfer function method with a two-microphone acoustic impedance tube. The results indicated that more complex structures produced better sound absorption properties, with Gyroid infill pattern structures exhibiting superior performance over the other patterns, followed closely by the Honeycomb pattern. Additionally, the infill pattern affected the frequency at which the maximum absorption occurred, with the Honeycomb pattern structures being the most suitable for everyday applications. Higher volume ratios were found to improve sound absorption properties up to a certain limit, beyond which further reduction in porosity resulted in reduced sound absorption effects. Finally, PLA was identified as the most suitable material for this application based on its performance compared to other materials, mechanical properties, and ease of manufacturing.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Hawwa, M.A.
Committee Members:	Abdou, Adel A. and Abubakar, Abba Abdulhamid
Depositing User:	MOAATH AL UNAIZAN (g201226100)
Date Deposited:	21 May 2023 12:33
Last Modified:	21 May 2023 12:33
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142388