ŠTĚPÁN, R. Optimalizace vlastností 3D tištěných modelů pro technologii lití do keramických skořepin [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2022.
Tématem diplomové práce je výzkum vlastností 3D tištěných modelů, které jsou základem tzv. hybridních technologií výroby odlitků do keramických skořepin. Cílem práce bylo zkoumání a posouzení vlivů, které u FDM technologie a materiálu PolyCAST vedou k praskání keramických skořepin. Motivací práce bylo porušení celistvosti skořepin vyráběných ve školní slévárně u určitých typů tištěných modelů, přestože materiál PolyCAST je speciálně vyvinut pro tyto aplikace. Diplomant musel zvládnout technologii 3D tisku modelů založenou na FDM metodě. Navrhl a analyzoval experimenty, které posuzovaly tepelné chování materiálu PolyCAST s ohledem na potřeby odlévání na vytavitelný/vypalitelný model. Některé ze změřených vlastností nebyly dosud v odborné literatuře publikovány. Navrhl testovací těleso a experimentální měření teplotních polí systému model (PolyCast)-skořepina-žíhací pec pro fázi vypalování. Stanovil a prokázal hypotézu o vlivu poměru výplně modelu a objemu vzduchu na následný vznik trhlin. Byl navržen způsob eliminace tlaku uvnitř modelu pomocí odvzdušnění. Tato metodika byla rovněž úspěšně aplikována na reálném odlitku záštity meče, jehož model při standardním nastavení tisku a způsobu obalování, vždy inicializoval vznik trhlin. Diplomant pracoval svědomitě, iniciativně a prokázal schopnost k vyvozování závěrů. Doporučil bych zlepšit vyjadřování a formulaci vět v technickém textu. Práci doporučuji k obhajobě.
| Kritérium | Známka | Body | Slovní hodnocení |
|---|---|---|---|
| Splnění požadavků a cílů zadání | A | ||
| Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod | A | ||
| Vlastní přínos a originalita | B | ||
| Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry | B | ||
| Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii | A | ||
| Logické uspořádání práce a formální náležitosti | B | ||
| Grafická, stylistická úprava a pravopis | B | ||
| Práce s literaturou včetně citací | A | ||
| Samostatnost studenta při zpracování tématu | A |
DP Radima Štěpána byla zaměřena na jednu z nejprogresivnějších slévárenských technologií, totiž metodu vytavitelného modelu, nazývanou u nás metodou přesného lití (V AJ Investment Casting- IC). Mezi technologie „přesného lití“ ovšem musíme z hlediska dosahovaných přesností odlitků počítat i další technologie, především vysokotlaké lití, metodu Shaw a některé další. Téma DP Radima Štěpána je navíc o to aktuálnější, že se zabývá tzv. modifikovanou technologií vytavitelného modelu a to tím, že voskové modely zhotovované klasicky vstřikováním do kovových matečných forem jsou nahrazeny modely zhotovenými 3D tiskem. To značně urychluje proces zhotovení konečného odlitku, a tedy slouží především pro výrobu prvních prototypů nebo malých sérií. Tato technologie je nazývána jako metoda „hybridní“ (v AJ Hybrid Investment Casting –HIC). Jedním z největších problémů technologie HIC je volba materiálu tištěného modelu především z hlediska jeho vytavení/spálení po vytvoření vlastní skořepiny. Vzhledem k rozdílným roztažnostem materiálu modelu a obklopující keramické skořepiny totiž hrozí poškození skořepiny a tím jak ztrátě skořepiny tak především drahého 3D tištěného modelu. Problematikou „optimalizace“ materiálu 3D modelu (tj. možnostech použití určitých modifikací – % výplně základního materiálu 3D modelu – v DP zkoumán Polymaker Polycast) a celého procesu vytavování ze skořepiny se DP prioritně zabývá. Největším přínosem tohoto zkoumání je zřejmě podrobné zmapování teplotních poměrů při vytavování 3D zkušebního modelu z již zmíněného materiálu Polymaker Polycast, který byl navržen speciálně pro technologii HIC. Toto zmapování slouží především k bližšímu pochopení, jak se tento materiál chová při nárůstu teploty, tedy kdy a za jakých teplot dochází k jeho degradaci a tím i zmenšenému tlaku na stěnu skořepiny. Dalším přínosem práce je rozbor vnitřní struktury materiálu modelu, tedy tzv.výplně, kdy se jasně prokázal kladný vliv určitého % výplně na zmenšení tlaků na skořepiny – především díky uzavřenému, teplotou se rozpínajícího vzduchu (až 2x objemově). Zde byla zkoumána velmi zajímavá možnost „odvzdušnění“ modelu v průběhu vytavování pomocí zabudované keramické trubičky. Otázkou je zda tato technika je realizovatelná ve větším rozsahu v praxi. V závěru práce jsou pak provedeny experimenty s uplatněním této „odvzdušňovací“ techniky na konkrétním drobném odlitku meče (opět 3D model z materiálu Polymaker Polycast + část z „neznámého materiálu) Celkové hodnocení: Náplň DP velmi aktuální s velkým rozsahem experimentů (někdy dost náročných), s dosaženými výsledky lze jistě dále pracovat a tak ještě dále posunout znalosti o chování 3D modelů z různých materiálů především v kritické fázi technologie, totiž při jejich odstraňování (vytavování, spalování) ze skořepiny. Nicméně k práci mám několik připomínek (viz dole), které se týkají především schopnosti technického vyjadřování a někdy i logičtějšího uspořádání. Úplně na závěr tohoto posudku uvedu pár dotazů. Připomínky: 1/ Kap.1 Celá kapitola je sice docela přehledná ale měla by být psána větší technické úrovni (mé poznámky v textu DP) 2/ Kap.2 Podobně jako u Kap.1 – např. v 2.3 „autoklávování“ – vysvětlit hlavní dvě metody – pára-flesh fire. V 2.4 – klíčová kapitola vyžadující lepší vysvětlení teplot degradace + struktur výplně – obr.15 a 16 3/ Kap.5.4 Celá kapitola zvláštně napsaná – citace /17/- (Singh- Indie z roku 2021!) je zřejmě základem celého překladu z AJ od diplomanta. Studoval diplomant další zdroje uváděné jen pod jmény? Nicméně celá kapitola- zdrje určitě vzhledem k tématice blízké DP stojí za bližší prozkoumání 4/ Kap.6 Teorie přenosu tepla - zřejmě celé překlad z /18/ - jak poté použito ve vlastní práci? Pomohlo při sestavování experimentu, pochopení problematiky? 5/ Kap.6.1 Velmi významná kapitola – pro přehlednost umístění termočlánků a poté následné pochopení průběhů teplot by velmi pomohl nákres s umístěním termočlánků a jejich třeba číselným označením a přiřazením ke křivkám v grafu (Obr.58) 6/ Kap.6.3 Opět klíčová kapitola – kritické časy měřeny/odečteny s přesností na 1sec? Viz 107, 501, 522?, vyznačení kritických bodů v Obr.59 by opět pomohlo. Shrnutí z těchto měření? 7/ Kap.8 Celkově jasnější a hlavně přehlednější vyjadřování by bylo určitě nutné. Celkový dojem ze stylu psaní – je to spíš „románová“ než „technická“ formy vyjadřování . 8/ Pokud rozumím správně výsledkům: 1.pokus (kolik modelů?) – 8% výplň – obalování jak popsáno (lepší/přehlednější by bylo uvést v Tab) – nakonec při vytavování prasklo. Další pokusy (6 křížů) – modely „optimalizované“ (tedy „odvzdušněné?) – obalování jako u 1.pokusu – poté 3 do pece od 300°C a další 3 (po 20min) až od 650°C – pak dalších 20min na 650°C. Výsledek: bez trhlin – tedy bylo jedno kdy vkládáno do pece – obě verze OK? Tedy jaký závěr? Jaký by byl optimální režim při vytavování tohoto materiálu? Je odvzdušňování prakticky využitelné při větších počtech odlitků? DOTAZY: Prosím o vyjádření k připomínkám ad3,5,6 a 8
| Kritérium | Známka | Body | Slovní hodnocení |
|---|---|---|---|
| Splnění požadavků a cílů zadání | B | ||
| Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod | B | ||
| Vlastní přínos a originalita | A | ||
| Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry | B | ||
| Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii | A | ||
| Logické uspořádání práce a formální náležitosti | B | ||
| Grafická, stylistická úprava a pravopis | B | ||
| Práce s literaturou včetně citací | B |
eVSKP id 139952