Master's Thesis

Analysis of thermal behavior focused on additive manufacturing of lattice structures from AlSi10Mg

Final Thesis 4.22 MB

Author of thesis: Ing. Jakub Nosek

Acad. year: 2020/2021

Supervisor: doc. Ing. David Paloušek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Kateřina Dočekalová, Ph.D.

Abstract:

Using Additive manufacturing it is possible to manufacture complicated components, that cannot be manufactured using conventional methods. The typical example is the lattice structure. Fabrication of these structures is complicated, and it is different from the fabrication of bulk parts. Using numerical simulation which can reflect process parameters it is possible to analyze the thermal behaviour of vertical and inclined struts fabrication. Results show that the diameter of struts influences weld track width. This influence is caused by preheating the powder material by previous scanning paths. The final geometry of inclined struts is made in more scanning layers. In this work influence of the start and endpoint of trajectory is described.

Keywords:

SLM, struts, simulation, lattice structures

Date of defence

15.06.2021

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval výsledky své diplomové práce a zodpověděl otázky oponenta. Ing. Dočekalová: Lze parametry výroby definovat na základě simulace? ZODPOVĚZENO doc. Koutný: Proč jste neuvažoval předchozí vrstvu? ZODPOVĚZENO doc. Koutný: Může mít nějaký vliv teplota předchozí vrstvy stavby? ZODPOVĚZENO doc. Koutný: Řešil jste možnost využití více trajektorií? ZODPOVĚZENO doc. Koutný: Na základě jakých kritérií byste identifikoval vznik různých typů defektů? ZODPOVĚZENO doc. Maňas: Co byste na své simulaci zpětně změnil? ZODPOVĚZENO doc. Maňas: Jak by se navržená změna projevila na výpočetním čase? ZODPOVĚZENO

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mechanical Engineering (M2I-P)

Field of study

Mechanical Engineering Design (M-KSI)

Composition of Committee

prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Vimmr, Ph.D. (člen)
Ing. Kateřina Dočekalová, Ph.D. (člen)
doc. Dr. Ing. Pavel Polach (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. David Paloušek, Ph.D.

Diplomová práce je zpracována na úrovni a odpovídá nárokům a požadavkům kladeným na tento typ závěrečné práce. Diplomant prací navazuje na dlouhodobě řešené téma mikro-prutových struktur a podařilo se mu rozvinout tuto oblast novým směrem numerických simulací. Diplomová práce obsahuje původní výsledky, které jsou zapracovány do aktuálně připravované publikace. Vznikl také návrh samostatného vědeckého článku do impaktovaného periodiky. Práce obsahuje ale také četné gramatické chyby, což přisuzuji nepozornosti autora při korekci textu. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
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 B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Předložená diplomová práce se věnuje analýze teplotního chování procesu aditivní výroby mikro-prutových struktur z materiálů AlSi10Mg a klade si za cíl objasnit fenomény, které se při výrobě tenkých prutů objevují. První část práce je věnována rešerši, kde autor studoval zejména výrobní vady, návarové testy a parametry, které je ovlivňují, a také publikace věnující se sestavení simulačních modelů. Podstatou práce bylo zodpovězení otázky týkající se distribuce tepla u kolmého a skloněného prutu, ovlivnění návaru a vnitřní struktury prutu. Experimentální část práce měla tři fáze: Fázi 0 – Iniciační; Fázi 1 – Sestavení simulace, simulaci návarů a simulaci kolmých prutů; Fázi 2  - Simulaci skloněných prutů. V závěrečné části práce byly vyhodnoceny výsledky simulace návarů, kolmých a skloněných prutů, simulace trajektorie laseru a překryvu návarů.
Předložená práce svědčí o dostatečném nastudování problematiky výroby mikroprutových struktur a přidanou hodnotou jsou znalosti z oblasti simulace teplotního chování v průběhu aditivní výroby. Vytvořený numerický model, i přes zavedená zjednodušení, vykazuje výsledky, které kopírují trendy výsledků experimentálních.
Z pohledu formálních požadavků je diplomová práce logicky strukturovaná a v rámci jednotlivých kapitol vystihuje záměr zadání této práce. Diplomant shromáždil relevantní informace k naplánování a realizaci experimentů v dostatečném rozsahu. Kladně hodnotím styl technického popisu: přehledný, výstižný.
Předložené práci bych vytkla následující: Diplomová práce zmiňuje jako jeden z cílů publikaci, manuscript byl přiložen, nicméně v závěru diplomové práce není jako jeden ze splněných cílů zmíněn. V závěru práce bych ocenila popsání užitečnosti numerické simulace pro budoucí návrh procesních parametrů pro mikro-prutové struktury s ohledem na eliminaci výrobních vad.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Co je to absorptivita materiálu a jak se měří?
  2. V čem se liší zjednodušení numerické simulace, které aplikoval ve svém modelu Yang [18], od zjednodušení, která byla zavedena v této práci? Je zde souvislost s výsledky simulací [18,20], kde je odchylka od reálných vzorků 7% vs. odchylka 25% v případě šířky návarů u kolmých prutů?
  3. V případě skloněných prutů byla simulací zaznamenána teplota 15 000°C a směrem od osy prutu je uvažováno o vícenásobné přetavování materiálu, bylo v tomto místě odlišné mikrostruktury zkontrolováno chemické složení materiálu?
  4. Může být předložená numerická simulace použita pro návrh procesních parametrů, pro různé mikro-prutové struktury (vždy s ohledem na eliminaci výrobních vad)?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová