|
| |
|
|
Aditivní výroba prostorových prutů z polymerních materiálů
Křivohlavý, Petr ; Němeček, Stanislav (oponent) ; Škaroupka, David (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá výrobou polymerních prostorových prutů bez nutnosti podpory v celé délce nánosů pomocí robotického 3D tisku. Cílem práce je nalézt vhodné procesní parametry a tiskové strategie s ohledem na přesnost prutů. Pro dosažení cíle práce byl experimentálně sestaven statistický model vlivů jednotlivých procesních parametrů. Model umožňuje nalezení optimálních procesních parametrů dle požadavků. Pro takto zjištěné procesní parametry jsou testovány tiskové strategie pro zvýšení přesnosti tisku a kvality spojů mezi jednotlivými pruty. Vyhodnocení přesnosti je prováděno pomocí technologie optické digitalizace. Při tisku se zjištěnými procesními parametry a tiskovými strategiemi bylo dosaženo maximální odchylky 0,5 mm od ideálního tvaru.
|
|
|
Systém velkorozměrového 3D tisku produktů z prutových struktur
Vašátko, Marek ; Němeček, Stanislav (oponent) ; Škaroupka, David (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá návrhem systému na výrobu prutových prostorových struktur z polymerních materiálů tisknutých pomocí robotického ramena. Cílem práce je obecně navrhnout vhodný výrobní systém a experimentálně ověřit výrobu produktů na současné podobě systému. Pomocí tlakových testů zjistit únosnost vyrobených prutových struktur a porovnat ji s výpočetním modelem ideální geometrie. Byly obecně navrženy části výrobního systému a provedeno experimentální měření tlakových zkoušek na vyrobených vzorcích struktur. Byly získány první výsledky tlakových zkoušek takto vyrobených struktur pro dvě topologie buněk. Přesnost mezi experimenty a výpočetním modelem je porovnatelná s výsledky současné literatury. V oblastech opakovatelnosti získaných hodnot zatížení bylo dosaženo lepších výsledků. Systém je kombinací HW a SW řešení zajišťující 3D tisk velkorozměrových prutových struktur pro velkorozměrové objemové díly a představuje inkrementální vylepšení dílčích vlastností.
|
|
|
Topology optimisation using lattice structures
Černák, Martin ; Maňas, Pavel (oponent) ; Vaverka, Ondřej (vedoucí práce)
This thesis aimed to develop and verify the methodology for lattice topology optimization, which deals with additive manufacturing specifications and is independent of the optimization solver. The developed methodology uses the SIMP topology optimization algorithm. The penalization factor used for a solution is based on the mechanical properties characterizing arbitrarily chosen unit cell. These are identified using the homogenization method applied to the real geometry specified by 3D optical digitization. Verification is based on FEA using the variable homogenized properties. The local stress response is simulated by submodeling technique. The methodology was verified by optimizing the braking shield bracket of a plane. The optimized part is 22 % lighter and 31 % stiffer than the original solution. Results of the thesis demonstrate that the proposed methodology is suitable for structural part optimization and allows us to use lattice structures together with topology optimization and additive manufacturing relatively easily, not only in the space industry.
|
|
|
Výzkum procesních parametrů pro výrobu strukturovaného materiálu technologií Selective Laser Melting
Richter, Vladislav ; Koutný, Daniel (oponent) ; Vrána, Radek (vedoucí práce)
Selective laser melting (SLM) je jednou z aditivních technologií, které umožňují vyrábět tvarově velmi složité díly. Příkladem takového výrobku jsou porézní lattice struktury, které nacházejí díky svým dobrým mechanickým vlastnostem a nízké hmotnosti uplatnění v kosmonautice nebo lékařství. V této práci je zkoumán vliv procesních parametrů (výkonu laseru a skenovací rychlosti) na materiálové a tvarové vlastnosti prutů ve strukturách. K nalezení optimálních parametrů byla použita široká škála výkonů laseru (100–400 W) a skenovacích rychlostí (1000–10000 mm/s). Pomocí optického 3D skeneru a mCT byl sledován průměr, struktura povrchu a vnitřní porozita prutů. Na základě provedených měření byl jako optimální vyhodnocen výkon laseru 350 W a skenovací rychlost 3000 mm/s. Díky optimalizaci je možné vyrábět rychleji geometricky přesnější struktury o stejné porozitě v porovnání s dříve používanými parametry.
|
|
|
Experimentální zjištění mechanických vlastností struktur vyráběných kovovým 3D tiskem
Porubský, Radek ; Jaroš, Jan (oponent) ; Vaverka, Ondřej (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá smykovým testováním mikro-prutových struktur, vyrobených technologií Selective laser melting. Způsob testování vycházel z normy ASTM D7078, která se zabývá testováním kompozitů. Pro experiment byly vybrány mikro-prutové struktury BCC a FCC s různými průměry prutu. V práci je popsán průběh a výsledky smykových zkoušek. Tyto reálné výsledky jsou porovnány s výsledky analýzy Metodou konečných prvků. Výsledky práce porovnávají vlastnosti struktur v závislosti na průměru prutu, typu struktury nebo na směru zatížení. Rozebrán je také vliv technologie výroby na vlastnosti struktur při zatěžování smykem. Výsledky ukázaly například to, že FCC struktura má při zatěžování smykem lepší mechanické vlastnosti než struktura BCC. U obou struktur se také potvrdilo, že struktury s větším průměrem prutu mají podstatně lepší vlastnosti než ty s průměrem prutu menším.
|
|
|
Hodnocení mechanických vlastností strukturovaného materiálu vyrobeného technologií kovového 3D tisku
Pliska, Jan ; Skřivánková, Vendula (oponent) ; Vrána, Radek (vedoucí práce)
Aditivní výrobní technologie umožňují výrobu tvarově komplexních struktur, které jsou běžnými postupy vyrobitelné jen velmi obtížně. Jednou z těchto struktur je i mikroprutová struktura složená z periodicky se opakujících prutových buněk. Tato práce se zabývá shrnutím dosavadních poznatků v oblasti mechanických vlastností mikroprutových struktur vyrobených metodou Selective Laser Melting a jejich testování. Dalším cílem bylo nalezení vhodných kritérií pro porovnání strukturovaného materiálu. Z hodnot získaných při materiálových testech reálných těles byly získány veličiny nutné k výpočtu hledaných materiálových konstant. Pro tento účel byl vytvořen skript v programu MS Excel. Provedeným výzkumem byly zjištěny hlavní faktory ovlivňující mechanické vlastnosti mikroprutových struktur. Na základě údajů a závislostí prezentovaných v této práci je možné porovnání strukturovaného materiálu.
|
|
|
Analýza teplotního chování procesu aditivní výroby mikro-prutových struktur z materiálu AlSi10Mg
Nosek, Jakub ; Dočekalová, Kateřina (oponent) ; Paloušek, David (vedoucí práce)
Pomocí aditivních technologií je možné vyrábět složité díly, které jsou konvenčními technologiemi nevyrobitelné. Jedním z typických příkladů jsou mikro-prutové struktury. Výroba těchto struktur je poměrně náročná a odlišuje se od výroby objemových dílů. Cílem diplomové práce je popsání teplotního chování pří výrobě prutů technologií SLM. Pomocí numerické simulace, která reflektuje procesní parametry stroje, bylo možné analyzovat teplotní chování kolmých i skloněných prutů a detailně analyzovat jejich proces výroby. U prutů se ukazuje závislost průměru prutu na rozšiřování návaru vlivem předehřívání materiálu od předchozího skenování laserem. Finální geometrie skloněných prutů je tvořena napříč více vrstev. V práci je dále popsán vliv začátku a konce trajektorie laseru, který může ovlivnit kvalitu povrchu prutů.
|
|
|
Rázové namáhání mikro-prutových struktur vyrobených technologií Selective Laser Melting z hořčíkové slitiny WE43
Foltán, Tomáš ; Červinek, Ondřej (oponent) ; Jaroš, Jan (vedoucí práce)
Mikro-prutové struktury ze slitiny WE43 se díky své pevnosti a nízké hmotnosti jeví jako možné řešení v oblasti biomedicíny i letectví. Doposud provedený výzkum posuzoval hlavně chování těchto struktur při kvazistatickém zatěžování. Dynamické namáhání těchto struktur doposud nebylo hluboce zkoumáno. Tato práce se proto zabývá rázovým zatěžováním mikro-prutových struktur vyrobených metodou SLM. Na nízkorychlostním pádovém testeru byla otestována sada vzorků s různými základními buňkami a tloušťkou prutů. U vzorků se při nárazech posuzovala absorbovaná energie, průběh napětí a mechanismy deformace. Byl pozorován jasný vliv základní buňky struktury na množství pohlcené energie, kdy struktury o podobné relativní hustotě vykazovali značně rozdílné hodnoty. Největší měrná absorbovaní energie byla pozorována u struktur s buňkou FCCZ. Ukázalo se, že v porovnání s jinými materiály (např. ocel) je hořčík významně méně efektivní, což bylo nejspíše způsobeno jeho tendencí selhávat křehkým lomem. Provedené testy dávají představu o chování těchto struktur při nárazech a popisují tak schopnost struktur absorbovat energii, což může být užitečné např. při návrhu kostních implantátů v biomedicinském sektoru.
|
|
|
Computational Models for Non-linear Mechanical Loading Analyses of Lattice Structures Made by Laser Powder Bed Fusion
Červinek, Ondřej ; Dr. Michael R. Tucker (oponent) ; Haas/, Franz (oponent) ; Koutný, Daniel (vedoucí práce)
The development of additive technologies in recent years has enabled the manufacturing of metamaterials with porous internal architecture, called lattice structures, from several types of metal alloys. With these structures, it is possible to develop lightweight parts with potential in the field of mechanical energy absorption. Their implementation in vehicle deformation zones can increase the safety of passengers. The properties of structures allow to design absorbers with specific type of behavior which reduce the overload applied on the vehicle crew during an accident. To use these parts for specific applications, it is necessary to estimate their deformational behavior. Recent research has shown that the parent material of these structures has properties different from those of conventional bulk components produced by the same technologies. It means that, for efficient use of lattice structures, their specific properties and deformation characteristics must be accurately mathematically described. However, a mathematical model that would consider a description of all significant deformation characteristics of lattice structures is not available. Therefore, this thesis focuses on development of non-linear numerical model of lattice structures loading with inclusion of the most significant geometrical imperfections, specific properties of multi-strut samples and dynamic effects. The structures are made of aluminum alloy AlSi10Mg and stainless steel 316L using the selective laser melting technology. Two different finite element analysis approaches are used to create the geometry model that allows inspection of the deformation features in detail. The results of both models confirm that geometrical imperfections related to a change in shape and cross-sectional area of the strut have a significant impact on the resulting mechanical properties. Their inclusion in the geometry model improves the accuracy of the simulation results. Furthermore, the mechanical properties of lattice structures determined by multi-strut samples significantly better represent properties of structures for quasi-static and dynamic loading. The final parameter verification simulation of lattice structures loading at several velocities shows good agreement between the experiment and the computational solution. A similar parametrical study can lead to the finding of efficient structure configurations determined for a specific amount of absorbed energy without prior manufacturing and testing.
|
host ::
RSS.