|
|
Návrh auxetických struktur pro 3D tisk
Sobol, Vítězslav ; Škaroupka, David (oponent) ; Červinek, Ondřej (vedoucí práce)
Chování, kdy se materiál při tahovém zatížení v jednom směru roztáhne i ve směru kolmém, se nazývá auxetické a je spojováno např. se zvýšenou odolností vůči průniku těles. Auxetické chování je zejména důsledkem typické geometrie vnitřní struktury, proto ho lze dosáhnout jedinečným uspořádáním prutů v mikro-prutové soustavě. Díky aditivním technologiím, jako je např. Selective Laser Melting (SLM), je možné takto komplexní geometrii vyrobit. Tato bakalářská práce se zabývá návrhem prostorové mikro-prutové struktury, která bude vykazovat auxetické chování a bude vyrobitelná metodou SLM. Na základě rozsáhlé rešerše týkající se tématu 2D i 3D auxetických struktur byl navržen nový typ auxetické struktury. Vyrobitelnost byla ověřena zhotovením několika vzorků v různých rozměrových konfiguracích. Auxetické chování a mechanické vlastnosti byly následně otestovány prostřednictvím pádového testu. Jeho vyhodnocením bylo možné určit vliv rozměrových parametrů na celkové chování struktury.
|
|
|
STUDY OF ENERGY ABSORPTION IN MICRO – STRUT LATTICE STRUCTURE PRODUCED BY SELECTIVE LASER MELTING
Vrána, Radek ; Schleifenbaum, Johannes (oponent) ; Skalon, Mateusz (oponent) ; Paloušek, David (vedoucí práce)
The present dissertation thesis is a part of the research project which is aimed to use the SLM produced lattice structures as an impact energy absorber with defined mechanical behaviour. The main goal of the thesis is the development of the numerical model of deformation behaviour of the SLM produced micro-strut lattice structure the made from AlSi10Mg. In order to achieve the main goal, it was necessary to analyse the influence of SLM process parameters on the formation of internal material defects and surface roughness during the SLM production of the micro-strut lattice structure; these defects degrade mechanical properties of the structure and their removal will improve the mechanical properties. The results show a significant influence of two main parameters – laser scanning speed and laser power. On the basis of these findings, the parameters of input energy Ein and linear energy Elin, which include both above parameters, were defined and their limit values were determined to minimize the imperfections. The deformation behaviour of the manufactured micro-strut lattice structures was analysed on the developed drop-weight impact device that allows testing with an impact energy up to of 120 J. The deformation behaviour is evaluated using the image analysis of the high-speed camera record and force record from the strain gauge. The results of the mechanical testing were used for the validation of the developed numerical model in the ANSYS Explicit software where the real shape of the produced micro-strut lattice structure was implemented in the form of an elliptical geometry along with the information on the real mechanical properties in the form of the developed material model. The resulting comparison of the experimental results and the numerical model prediction show a good match at the maximum load Fmax (deviation of 5 %) and also the entire course of sample deformation. These findings will be further used to design of energy absorber with defined mechanical properties.
|
|
|
Vývoj procesních parametrů technologie 3D kovového tisku se zaměřením na výrobu mikro-prutové struktury
Jaroš, Jan ; Koutný, Daniel (oponent) ; Vrána, Radek (vedoucí práce)
Selective laser melting (SLM) je aditivní technologie, která umožňuje výrobu dílů z mikro-prutových struktur. Mikro-prutové struktury je velmi obtížné vyrobit pomocí běžných konvenčních metod. Hlavní využití mikro-prutových struktur je v leteckém průmyslu a lékařství pro výrobu kostních implantátů. V této práci je zkoumán vliv procesních parametrů (výkon laseru, skenovací rychlost) na vlastnostech (průměr, drsnost povrchu, porozita) prutů. Výběr procesních parametrů proběhl na základě testu jednotlivých drah. V prvním testu bylo použito programu ImageJ pro zjištění porozity prutů. Ve druhém testu byla porozita zkoumána přesnější technologií µCT. U obou testů bylo použito technologie 3D skenování pro zjištění rozměrové přesnosti a drsnosti povrchu vzorků. Výsledky měření vedly ke zjištění okna procesních parametrů, kde měly vzorky nejlepší kombinaci drsnosti povrchu a porozity. Nejlepších výsledků bylo dosaženo výkonem laseru 225-275 W a skenovací rychlostí 1400-2000 mm·s-1.
|
|
|
Vývoj absorbéru rázové energie s využitím kovového 3D tisku
Kraicinger, Vít ; Malý, Martin (oponent) ; Vrána, Radek (vedoucí práce)
V dnešní době se pro absorpci energie využívají především různě profilované díly. Pro speciální případy jsou navržené přesné komponenty, jako je tomu u Formule Student, kde se používá deformační člen se strukturou honeycomb. Tato bakalářská práce je zaměřena na návrh absorbéru nárazové energie vyrobeného pomocí technologie SLM a mikro-prutových struktur. Pro samotný návrh byl vytvořen ucelený přehled současného poznání v oblasti deformačních zón, absorbéru energie a výzkumů zabývajících se absorpcí energie. Na základě rešerše byl vybrán nejvhodnější materiál pro výrobu AlSi10Mg. Následně byl určen vhodný typ mřížky (BCC) a veškeré parametry mikro-prutové struktury. Pro zvolené parametry byly vymodelovány dva absorbéry energie s rozdílným průměrem prutu (0,4 mm a 0,8 mm) a rozdílnou velikostí mřížky (4 mm a 8 mm). V závěru práce jsou dva zjednodušené výpočty, které ukazují předpovídané výsledné hodnoty navrhnutých absorbérů a tuhost vrstev mikro-prutové struktury s proměnnou hustotou.
|
|
|
Vývoj skenovací strategie laseru pro výrobu mikro-prutové struktury technologií SLM
Jaroš, Jan ; Dočekalová, Kateřina (oponent) ; Vrána, Radek (vedoucí práce)
Aditivní technologie (AT) je čím dál více využívána k návrhu unikátních dílů, a to především díky možnosti vyrábět tvarově složité prvky jako jsou např. mikro-prutové struktury. To nicméně zahrnuje i nutnost modifikace procesních parametrů případně výrobní strategie dané AT, která je obvykle nastavena na výrobu objemové geometrie. Použitím vzorků odpovídajících geometrií mikro-prutovým strukturám byly naměřeny přesné vstupní hodnoty, které byly využity pro návrh procesu výroby SLM (Selective Laser Melting) pomocí contour strategie. Díky tomu byly vyrobeny vertikální a skloněné (35,26°) pruty s nízkou porozitou (do 0,2 %), drsností povrchu a vysokou rozměrovou přesností. Porozita byla měřena na µCT, drsnost povrchu a rozměrová přesnost byla měřena na STL datech. Z výsledků vyplývá, že pokud jsou správně nastaveny parametry SLM procesu, je možné vyrobit pruty s nízkou porozitou a drsností povrchu při použití různých kombinací výkonu laseru a skenovací rychlosti. Uvedené poznatky byly použity při tvorbě skriptu, který umožní výběr vhodných procesních parametrů pro výrobu mikro-prutových struktur.
|
|
|
Návrh auxetických struktur pro 3D tisk
Sobol, Vítězslav ; Škaroupka, David (oponent) ; Červinek, Ondřej (vedoucí práce)
Chování, kdy se materiál při tahovém zatížení v jednom směru roztáhne i ve směru kolmém, se nazývá auxetické a je spojováno např. se zvýšenou odolností vůči průniku těles. Auxetické chování je zejména důsledkem typické geometrie vnitřní struktury, proto ho lze dosáhnout jedinečným uspořádáním prutů v mikro-prutové soustavě. Díky aditivním technologiím, jako je např. Selective Laser Melting (SLM), je možné takto komplexní geometrii vyrobit. Tato bakalářská práce se zabývá návrhem prostorové mikro-prutové struktury, která bude vykazovat auxetické chování a bude vyrobitelná metodou SLM. Na základě rozsáhlé rešerše týkající se tématu 2D i 3D auxetických struktur byl navržen nový typ auxetické struktury. Vyrobitelnost byla ověřena zhotovením několika vzorků v různých rozměrových konfiguracích. Auxetické chování a mechanické vlastnosti byly následně otestovány prostřednictvím pádového testu. Jeho vyhodnocením bylo možné určit vliv rozměrových parametrů na celkové chování struktury.
|
|
|
Vývoj skenovací strategie laseru pro výrobu mikro-prutové struktury technologií SLM
Jaroš, Jan ; Dočekalová, Kateřina (oponent) ; Vrána, Radek (vedoucí práce)
Aditivní technologie (AT) je čím dál více využívána k návrhu unikátních dílů, a to především díky možnosti vyrábět tvarově složité prvky jako jsou např. mikro-prutové struktury. To nicméně zahrnuje i nutnost modifikace procesních parametrů případně výrobní strategie dané AT, která je obvykle nastavena na výrobu objemové geometrie. Použitím vzorků odpovídajících geometrií mikro-prutovým strukturám byly naměřeny přesné vstupní hodnoty, které byly využity pro návrh procesu výroby SLM (Selective Laser Melting) pomocí contour strategie. Díky tomu byly vyrobeny vertikální a skloněné (35,26°) pruty s nízkou porozitou (do 0,2 %), drsností povrchu a vysokou rozměrovou přesností. Porozita byla měřena na µCT, drsnost povrchu a rozměrová přesnost byla měřena na STL datech. Z výsledků vyplývá, že pokud jsou správně nastaveny parametry SLM procesu, je možné vyrobit pruty s nízkou porozitou a drsností povrchu při použití různých kombinací výkonu laseru a skenovací rychlosti. Uvedené poznatky byly použity při tvorbě skriptu, který umožní výběr vhodných procesních parametrů pro výrobu mikro-prutových struktur.
|
|
|
Vývoj absorbéru rázové energie s využitím kovového 3D tisku
Kraicinger, Vít ; Malý, Martin (oponent) ; Vrána, Radek (vedoucí práce)
V dnešní době se pro absorpci energie využívají především různě profilované díly. Pro speciální případy jsou navržené přesné komponenty, jako je tomu u Formule Student, kde se používá deformační člen se strukturou honeycomb. Tato bakalářská práce je zaměřena na návrh absorbéru nárazové energie vyrobeného pomocí technologie SLM a mikro-prutových struktur. Pro samotný návrh byl vytvořen ucelený přehled současného poznání v oblasti deformačních zón, absorbéru energie a výzkumů zabývajících se absorpcí energie. Na základě rešerše byl vybrán nejvhodnější materiál pro výrobu AlSi10Mg. Následně byl určen vhodný typ mřížky (BCC) a veškeré parametry mikro-prutové struktury. Pro zvolené parametry byly vymodelovány dva absorbéry energie s rozdílným průměrem prutu (0,4 mm a 0,8 mm) a rozdílnou velikostí mřížky (4 mm a 8 mm). V závěru práce jsou dva zjednodušené výpočty, které ukazují předpovídané výsledné hodnoty navrhnutých absorbérů a tuhost vrstev mikro-prutové struktury s proměnnou hustotou.
|
|
|
STUDY OF ENERGY ABSORPTION IN MICRO – STRUT LATTICE STRUCTURE PRODUCED BY SELECTIVE LASER MELTING
Vrána, Radek ; Schleifenbaum, Johannes (oponent) ; Skalon, Mateusz (oponent) ; Paloušek, David (vedoucí práce)
The present dissertation thesis is a part of the research project which is aimed to use the SLM produced lattice structures as an impact energy absorber with defined mechanical behaviour. The main goal of the thesis is the development of the numerical model of deformation behaviour of the SLM produced micro-strut lattice structure the made from AlSi10Mg. In order to achieve the main goal, it was necessary to analyse the influence of SLM process parameters on the formation of internal material defects and surface roughness during the SLM production of the micro-strut lattice structure; these defects degrade mechanical properties of the structure and their removal will improve the mechanical properties. The results show a significant influence of two main parameters – laser scanning speed and laser power. On the basis of these findings, the parameters of input energy Ein and linear energy Elin, which include both above parameters, were defined and their limit values were determined to minimize the imperfections. The deformation behaviour of the manufactured micro-strut lattice structures was analysed on the developed drop-weight impact device that allows testing with an impact energy up to of 120 J. The deformation behaviour is evaluated using the image analysis of the high-speed camera record and force record from the strain gauge. The results of the mechanical testing were used for the validation of the developed numerical model in the ANSYS Explicit software where the real shape of the produced micro-strut lattice structure was implemented in the form of an elliptical geometry along with the information on the real mechanical properties in the form of the developed material model. The resulting comparison of the experimental results and the numerical model prediction show a good match at the maximum load Fmax (deviation of 5 %) and also the entire course of sample deformation. These findings will be further used to design of energy absorber with defined mechanical properties.
|
|
|
Vývoj procesních parametrů technologie 3D kovového tisku se zaměřením na výrobu mikro-prutové struktury
Jaroš, Jan ; Koutný, Daniel (oponent) ; Vrána, Radek (vedoucí práce)
Selective laser melting (SLM) je aditivní technologie, která umožňuje výrobu dílů z mikro-prutových struktur. Mikro-prutové struktury je velmi obtížné vyrobit pomocí běžných konvenčních metod. Hlavní využití mikro-prutových struktur je v leteckém průmyslu a lékařství pro výrobu kostních implantátů. V této práci je zkoumán vliv procesních parametrů (výkon laseru, skenovací rychlost) na vlastnostech (průměr, drsnost povrchu, porozita) prutů. Výběr procesních parametrů proběhl na základě testu jednotlivých drah. V prvním testu bylo použito programu ImageJ pro zjištění porozity prutů. Ve druhém testu byla porozita zkoumána přesnější technologií µCT. U obou testů bylo použito technologie 3D skenování pro zjištění rozměrové přesnosti a drsnosti povrchu vzorků. Výsledky měření vedly ke zjištění okna procesních parametrů, kde měly vzorky nejlepší kombinaci drsnosti povrchu a porozity. Nejlepších výsledků bylo dosaženo výkonem laseru 225-275 W a skenovací rychlostí 1400-2000 mm·s-1.
|
host ::
RSS.