Original title: Vliv geometrie průřezu trysky na aditivní výrobu polymerních prostorových prutů
Translated title: Influence of nozzle cross-section geometry on the additive manufacturing of polymer spatial struts
Authors: Sýkora, Jakub ; Němeček, Stanislav (referee) ; Křivohlavý, Petr (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2026
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [cze] [eng]
Diplomová práce se zabývala vlivem tvaru průřezu trysky na robotický 3D tisk polymerních prutů technologií Fused Granulate Fabrication (FGF). Cílem bylo zjistit, zda nekruhový průřez trysky s větším obvodem urychlí ochlazování tištěného prutu a zlepší jeho mechanické vlastnosti při zachování tvarové stability. Zkoumáno bylo pět nekruhových profilů a referenční kruhový průřez o shodné nominální ploše. Práce kombinovala zjednodušenou numerickou analýzu, která sloužila pro výběr rozměrů profilů, s experimentálním měřením na robotickém tiskovém pracovišti. Experimentálně byl vyhodnocen Barusův efekt volně extrudovaných prutů, geometrická přesnost a tvarová stabilita prutů během tisku a jejich vzpěrná a ohybová únosnost. Měření ukázalo, že skutečný tvar prutu se výrazně odchyluje od nominální geometrie trysky: vlivem Barusova efektu narostla plocha průřezu o 9,5 až 67,6 %, přičemž rozhodujícím geometrickým faktorem byla velikost jádra. Při tisku byl prut podélně natahován pohybem tiskové hlavy, což obsah jeho průřezu vrátilo zpět k nominální hodnotě. Tři z pěti nekruhových profilů překonaly referenční kruhový průřez ve vzpěrné i ohybové zkoušce. Jako dominantní mechanismus zlepšené tvarové stability bylo identifikováno podélné natáhnutí prutu, nikoliv samotná rychlost odvodu tepla. Práce prokázala, že Barusův efekt je pro FGF tisk nežádoucím jevem, neboť deformuje navrženou geometrii a zhoršuje mechanické vlastnosti, zatímco řízené podélné natáhnutí představuje možný nástroj ke zlepšení kvality tisku prutových struktur. This master’s thesis investigated the influence of the nozzle cross-section shape on the robotic 3D printing of polymer rods using Fused Granulate Fabrication (FGF) technology. The aim was to determine whether a non-circular nozzle cross-section with a larger perimeter to area ratio accelerates the cooling of the printed rod and improves its mechanical properties while maintaining shape stability. Five non-circular profiles and a reference circular cross-section of identical nominal area were examined. The work combined a simplified numerical analysis, used to select the profile dimensions, with experimental measurements on a robotic printing workstation. The die swell of freely extruded rods, the geometric accuracy and shape stability of the rods during printing, and their buckling and bending load capacity were evaluated experimentally. The measurements showed that the actual rod shape deviates significantly from the nominal nozzle geometry: due to the Barus effect, the cross-sectional area increased by 9.5 to 67.6 %, with slenderness being the decisive geometric factor. During printing, the rod was longitudinally stretched by the motion of the print head, which returned its cross-section back to the nominal value. Three of the five non-circular profiles outperformed the reference circular cross-section in both the buckling and bending tests. Longitudinal stretching of the rod, rather than the cooling rate itself, was identified as the dominant mechanism of improved shape stability. The thesis demonstrated that the Barus effect is an undesirable phenomenon for FGF printing, as it distorts the designed geometry and degrades mechanical properties, whereas controlled longitudinal stretching represents a tool for improving the print quality of lattice structures.
Keywords: additive manufacturing; Barus effect; FGF; Fused Granulate Fabrication; lattice structures; non-circular nozzle; aditivní výroba; Barusův efekt; FGF; Fused Granulate Fabrication; nekruhová tryska; prutové struktury

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/259765

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-777343


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses