4D printing of hygroscopic wood based actuators for climate responsive skin
İklim-duyarlı cephe için higroskopik ahşap bazlı aktüatörlerin 4 boyutlu baskısı
- Tez No: 825111
- Danışmanlar: PROF. DR. ARZU SORGUÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Bilgisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
Adaptif bina sistemleri, enerji tüketimini azaltırken kullanıcı konforunu artırmak amacıyla tasarlanmıştır. Ancak, çevreyi algılamak ve ilgili hareketi oluşturmak karmaşık sistemler gerektirir. Bu geleneksel sistemlerin kurulum, bakım ve enerji tüketim maliyetleri yaygın olarak benimsenmelerini engellemektedir. Daha verimli bir çözüm, doğada, malzemelerin yapısında bulunan özelliklerden yararlanılarak bulunabilir. Çam kozalaklarından ilham alan son araştırmalar, farklı şişme ve büzülme oranlarına sahip ahşap çift katmanların, çevresel nem değişikliğinde pasif olarak şekil değiştirebildiğini ortaya çıkardı. Bükülme yönünü, ekstrüzyon tabanlı 3B yazıcılar tarafından kontrol edilebilen lif doğrultusu belirler. Higroskopik ahşap aktüatörlerin iklime duyarlı cephelerde kullanılması umut vaat ederken, hareket öngörülebilirliği, tepki hızı ve ölçeklenebilirlik konusundaki zorluklar devam ediyor. Bu nedenle bu araştırma kontrollü, ölçeklenebilir hareket için mezoyapısal ve makroyapısal tasarım alanını araştırmaktadır. Aktivasyon dinamiklerini gözlemlemek için kontrollü bir ortamda tasarım ve imalat parametreleri üzerine sistematik bir çalışma yapılmıştır. Toplanan veriler kullanılarak, makroyapısal tasarım keşiflerinde şekil değişikliklerini kontrol etmek ve tahmin etmek için bir model geliştirilmiştir. İki uygulama önerilmiştir: ilki hareket amplifikasyonu için birleştirilmiş aktüatörleri kullanırken, ikincisi aktivasyon hızını kontrol etmek için bistabiliteyi kullanır. Ahşap bazlı filament ve ahşap kaplama aktüatörleri kullanan ½ ve 1:1 ölçeklerinde yapılan deneyler, çoklu aktüatörlerin çalıştırma hızını önemli ölçüde artırdığını doğrulamıştır. Bunun yanında, öngerilmeli bistabil yapılar sayesinde şekil değiştirmeyi tetikleyen nem seviyesinin ayarlanabileceği gösterilmiştir. Bu, çeşitli iklim koşullarına uyum sağlaması ve binalarda daha yüksek enerji verimliliği sağlaması açısından umut vericidir.
Özet (Çeviri)
Adaptive building systems are designed to enhance user comfort while decreasing energy consumption. However, sensing the environment and generating relevant motion requires complex systems. The cost of the installation, maintenance, and energy consumption of these traditional systems obstruct their widespread adoption. A more efficient solution can be found in nature by utilizing the inherent properties of materials. Recent research inspired by pinecones revealed that wood bilayers with different swelling and shrinking ratios can passively shape change in response to environmental humidity. The morphing direction is dictated by fiber orientation, which can be controlled by extrusion-based 3D printers. While hygroscopic wood actuators hold significant promise as climate-responsive building skins, challenges persist in motion predictability, response speed, and scalability. Consequently, this research investigates mesostructural and macrostructural design space for controlled, scalable motion. A systematic study on design and fabrication parameters was conducted in a controlled environment to observe actuation dynamics. Using the collected data, a model was developed to control and predict shape changes in macrostructural design explorations. Two implementations are proposed: the first harnesses combined actuators for motion amplification, while the latter employs bistability to regulate actuation speed. Experiments at scales of ½ and 1:1, using wood-based filament and wood veneer actuators, validate that coupled actuators significantly enhance actuation speed. Moreover, it is demonstrated that the triggering humidity level of the shapeshifts can be tuned thanks to the prestressed bistable structures. This is promising in terms of adaptivity to various climatic conditions and providing higher energy efficiency in buildings.
Benzer Tezler
- 4D printing of smart, multi-functional, fiber reinforced composites
Akıllı, çok fonksiyonlu, karbon fiber takviyeli kompozitlerin 4D baskısı
ATAKAN ALKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiÜretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHATTİN KOÇ
- 4D printing of body temperature responsive hydrogels with self-healing and shape-memory abilities
Kendi kendini onarma ve şekil hafıza özelliklerine sahip vücut sıcaklığına duyarlı hidrojellerin dört boyutlu baskısı
GAMZE AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ OKAY
DR. TURDİMUHAMMAD ABDULLAH
- 4B biyobaskı ile sıcaklık duyarlı hidrojel platformu üretimi ve katlanma kontrolü: kas doku mühendisliğine yönelik uygulamalar
Production of temperature-sensitive hydrogel platform with 4D bioprinting and folding control: Applications to muscle tissue engineering
BARIŞ BURAK ALTUNAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Bilim ve TeknolojiAnkara ÜniversitesiDisiplinlerarası Kök Hücre ve Yenileyici Tıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PINAR YILGÖR HURİ
- 4-boyutlu baskılama ile fonksiyonel iskelet kası doku mühendisliği
Functional skeletal muscle tissue engineering with 4-dimensional printing
EMRE ERGENE
Doktora
Türkçe
2022
BiyomühendislikAnkara ÜniversitesiTemel Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PINAR HURİ
PROF. DR. GÖKHAN DEMİREL
- Şekil hafızalı malzemelerin 4B baskı yöntemi ile üretilebilirliklerinin araştırılması
Investigation of the manufacturability of shape memory materials with 4D printing method
NURDAN TATLISU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ