kth.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
EMI Shielding, Heat Dissipation and Structural Properties of Shock and Vibration Exposed Additively Manufactured Cellular Structures
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Engineering Design, Mechatronics and Embedded Control Systems.
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
EMI-avskärmning, Värmeavledning och Strukturella Egenskaper hos Additivt Tillverkade Stöt- och Vibrationsutsatta Cellulärstrukturer (Swedish)
Abstract [en]

Additive manufacturing is a manufacturing technology that slices CAD models into multiple layers and reconstructs them layer by layer. Originally, additive manufacturing was exclusively used for rapid prototype-making but advancements in the field have expanded its usage to also include production. One of these advancements, and as of late, the focus of additive manufacturing, are cellular structures. These complex structures possess high strength and energy absorption properties while maintaining low weight and can increase EMI shielding, heat dissipation and structural integrity, all important qualities for equipment in the military field. As a result of this, additively manufactured cellular structures will be incorporated in the redesign and assessed within the context of a rugged voltage adapter for field radios. The framework for the evaluation is primarily the IEC 60950-1 as well as the MIL-STD 810H and 461F standards. With the support of the stakeholder MilDef, this thesis therefore aims to study how and if the additive manufactured cellular structures, BCC, star kagome, and gyroid, can provide a lower weight while maintaining adequate heat dissipation, EMI shielding and structural integrity when exposed to shock and vibrations. To answer the research question, an iterative design phase followed by a case study of simulations in ANSYS Workbench and ANSYS Electrical was carried out. The findings demonstrate that, at present, there is not sufficient evidence to support all of the research question's claims. Due to a lack of reliable results regarding EMI shielding and vibration resilience, no conclusions on these topics could be drawn. However, it is true that all lattice structures provided a lower weight than that of the solid infill and that they all passed the high- and low-temperature operations but marginally failed the maximum surface temperature test. It is believed though that this could be remedied with some small modifications. As for the exposure to shock, the cellular structures had an equivalent performance to the solid infill during deformation but the gyroid was an outlier in the stress performances. The cause of this is at present unknown. In all other cases, the infills’ performances could be rated, from the most optimal to the least optimal, as follows: solid, gyroid, BCC and star kagome. Areas which have been highlighted as future work are: a result-generating analysis of the infills’ EMI shielding abilities, the inclusion of thicker solid walls, the need for more accurate and quantitative input data, optimisation of the unit cell architecture, simulations with other materials and other cellular structures, and either the use of a more powerful computer or the implementation of physical tests.

Abstract [sv]

Additiv tillverkning är en tillverkningsteknik som skivar upp CAD-modeller i många tunna lager och sedan bygger upp dem igen lager för lager. Ursprungligen användes additiv tillverkning endast till att snabbt skapa prototyper men framsteg inom området har gjort att dess användningsområde har utvidgats och nu kan man även tillverka faktiska produkter. Ett av de områden som utvecklas mycket, och som nu utgör navet i additiv tillverkning, är cellstrukturer. Dessa komplexa strukturer besitter hög styrka och energiabsorberande egenskaper samtidigt som de bibehåller låg vikt, och kan öka EMI-avskärmning, värmeavledning och strukturell integritet. Alla dessa egenskaper är viktiga för produkter som används av Försvarsmakten och därför kommer additivt tillverkade cellulärstrukturer inkluderas när designen av en robust fältradioadapter revideras och utvärderas. Ramverket för granskningen utgörs främst av standarderna IEC 60950-1 samt MIL-STD 810H och 461F. Med stöd från intressenten MilDef syftar denna avhandling till att undersöka hur och om de additivt tillverkade cellulära strukturerna: BCC, stjärnkagome och gyroid, kan åstadkomma en lägre totalvikt samtidigt som tillräcklig värmeavledning, EMI-avskärmning och strukturell integritet bibehålls vid exponering av stötar och vibrationer. Inledningsvis genomfördes en iterativ designprocess som efterföljdes av en fallstudie med simulationer i ANSYS Workbench och ANSYS Electrical för att besvara forskningsfrågan. Resultaten visade att det i dagsläget inte finns tillräckligt med bevis för att stödja forskningsfrågans alla påståenden, främst på grund av bristande resultat kring strukturernas EMI-skärmning och vibrationstålighet. Det är dock sant att alla cellulära strukturer uppmätte en lägre vikt än den solida strukturen och att de alla klarade hög- och lågtemperaturoperationerna men uppmätte marginellt förhöja yttemperaturer. Det senare bör dock kunna åtgärdas med relativt små medel. Beträffande den strukturella integriteten vid stötar hade de cellulära strukturerna en likvärdig prestanda gentemot den solida strukturen sett till deformation men gyroidstrukturen avvek i negativ bemärkelse när spänningsresistansen undersöktes. Orsaken till detta är okänd. I övriga fall kan strukturernas prestanda rankas på följande sätt, från mest till minst optimal: solid, BCC, gyroid och stjärnkagome. Områden som har lyfts fram för framtida arbete är: en resultatgenererande analys av strukturernas EMI-avskärmningsförmåga, införandet av tjockare solida väggar, behovet av mer exakta och kvantitativa indata, optimering av enhetscellarkitekturen, simuleringar med andra material och cellulärstrukturer samt antingen användning av en kraftfullare dator eller genomförande av fysiska tester.

Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 55
Series
TRITA-ITM-EX ; 2025:8
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-362737OAI: oai:DiVA.org:kth-362737DiVA, id: diva2:1954238
External cooperation
MilDef
Subject / course
Mechatronics
Educational program
Degree of Master
Presentation
2025-02-10, 00:00
Supervisors
Examiners
Available from: 2025-04-24 Created: 2025-04-24 Last updated: 2025-04-24Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(25028 kB)548 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 25028 kBChecksum SHA-512
af1644de5c2d5347a312d13cf8ad07c350c6707f7c6a5c76af501923727f7557314d9216043a4a5ec5af1ce17fc4d5929a47674e5fed25795d6e8eaf2fce8c6d
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Mechatronics and Embedded Control Systems
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 549 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 174 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf