Doctoral Thesis

Manufacturing technology of composite components for optical devices

Final Thesis 4.96 MB Summary of Thesis 1.4 MB

Author of thesis: Ing. Radim Kupčák, Ph.D.

Acad. year: 2024/2025

Supervisor: prof. Ing. Miroslav Píška, CSc.

Reviewers: doc. Ing. Soňa Rusnáková, Ph.D., Ing. Ondřej Uher, Ph.D.

Abstract:

This doctoral thesis investigates the use of composite materials in the construction of optical instruments. The literature review focuses on selecting a reference optical device as a model for the technological prototype, specifying testing parameters, and choosing manufacturing technologies suitable for optical applications. Key topics include manufacturing precision, dimensional stability, bonding processes, and the use of composites in clean environments. The experimental section outlines the methodology for climate and mechanical testing on three types of samples (Samples A, B, and C), aiming to assess the manufacturing precision and dimensional stability of bonded joints, with epoxy adhesive Spabond 445 used in the final stages. Results show that precision bonding can achieve accuracy within 0.05 mm, with higher precision requiring post-bonding machining. In sports optics, dimensional stability within 0.01 mm to 0.02 mm can be achieved. Supplementary measurements of glass transition temperature, residual stress analysis, and internal joint structure confirm the importance of selecting adhesives with higher glass transition temperatures than operating conditions, conducting post-cure, and degassing adhesives prior to application.

Keywords:

Composite material, carbon fibers, precision bonding, optical instrument, binoculars, glass transition temperature, computed tomography

Date of defence

03.12.2024

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

DP přináší nové a významné poznatky v oblasti lepených spojů kompozitních materiálů s vysokými poždavky na přenost a pozici lepených spojů v optice. Inovativní je i kvalitativní hodnocení napjatosti lepených spojů pomocí optických metod. Přínosem práce je i oblast zkoumání teploty skelného přechodu lepidel v závilosti na podmínkách obrábění, tj. v důsledku ohřevu materiálu při obrábění. Dílčím nedostatkem práce je nižší počet exprimentálncíh vzorků a jejich statistické hodnocení, což bylo způsobeno velmi vysokými náklady na jejich přípravu a provedení. DP je kvalitní a splňuje všechny požadavky na ni kladené.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Manufacturing Technology

Study programme

Manufacturing Technology (D4T-P)

Field of study

Manufacturing Technology (D-STG)

Composition of Committee

doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D. (předseda)
Ing. Ondřej Uher, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Karel Kouřil, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jaroslav Juračka, Ph.D. (člen)
pplk. doc. Ing. Zbyněk Studený, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Soňa Rusnáková, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Miroslav Píška, CSc.

A. Hodnocení dizertační práce z hlediska vědecko-výzkumného a odborného:

Téma doktorské práce je aktuální a odpovídá dlouhodobým trendům aplikačního výzkumu v oblasti využívání kompozitních materiálů s unikátními vlastnostmi. Pan Ing. Radim Kupčák úspěšně absolvoval 5 předmětů doktorského studia s výbornými studijními výsledky: 9REP Reverzní inženýrství a rychlá výroba prototypů, 9STA Statistická analýza, 9ZMV Zkoušení mechanických vlastností, TOV Technologie optické a 9AJ Jazyk anglický pro doktorské studium. Poznatky těchto předmětů jsou v práci úspěšně využity ke zpracování měřených dat.

V rámci zpracování disertační práce se pan Ing. Radim Kupčák podílel zejména na technologiích výroby a zpracování kompozitních materiálů zejména pro sportovní optiku, na zkoumání využití kompozitních materiálů v konstrukci optických přístrojů s ohledem na přesnost výroby, na spojování materiálů lepením, dosaženou integritu povrchu kompozitních součástí a další specifické technické požadavky. Při své práci pracoval velmi zodpovědně, samostatně, často konzultoval dílčí problémy s předními odborníky v dané oblasti, zpracoval řadu relevantní vědecké literatury a využil jejich závěrů pro své téma a zaměření. Prakticky v celé době studia využíval úspěšně vrcholnou výzkumnou techniku a kvalitní zpracování digitálních dat, včetně jejich statistického rozboru a posouzení, což řadí práci významovou s bohatými přínosy pro obor studia a pozvání v této vědní oblasti.

Řada oblastní je zpracována mezirezortně a interdisciplinárně, což činilo práci časově i finančně náročnou. Nicméně pan Ing. Radim Kupčák je úspěšným spoluřešitelem Specifického výzkumu Moderní technologie pro zpracování pokročilých materiálů využívaných pro interdisciplinární aplikace FSI-S-22-7957, VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Specifického výzkumu 2019 " Výzkum perspektivních výrobních technologií", FSI-S-19-6014, VUT v Brně, projektu MŠMT č. FV 22–10 a dalších výzkumných a odborných projektů. Pan Ing. Radim Kupčák je členem skupiny Kompozitní materiály a technologie NETME FSI VUT v Brně, kde své schopnosti a nadání úspěšně rozvíjí.

Pan Ing. Radim Kupčák je hlavním autorem nebo spoluautorem 2 impaktovaných vědeckých publikací, prezentovaných ve vědeckých časopisech indexovaných v databázi Scopus, 1 příspěvku na mezinárodní konferenci citované ve WOS, 4 článků na mezinárodních vědeckých konferencích a 5 citací (s jednou autocitací). Pan Ing. Radim Kupčák má h-index 1. Jeho příspěvky na mezinárodních konferencích se vždy setkaly s bohatou diskuzí a vysokým oceněním a v řadě případů vedly k rozšíření jeho odborné spolupráce jak v oblasti akademické, tak průmyslové.

 

B. Další hodnocení působení doktoranda v oblasti studijní a pedagogické´, v souvislosti s řešením jeho dizertační práce

V letech 2020-24 byl pan Ing. Radim Kupčák zapojen do pedagogické činnosti formou řízené výuky předmětu DTB (Technologie obrábění), úspěšně vedl 4 bakalářské práce, 2 magisterské práce, zpracoval 6 posudků na bakalářské práce a 2 posudky na magisterské práce. I v těchto kvalifikačních pracích dokázal zaujmout řadu studentů pro tématiku zpracování kompozitních materiálů, což svědčí i o jeho velmi dobrých pedagogických schopnostech, což lze prokázat mj. kladným hodnocení výuky studenty.

 

C. Celkové zhodnocení disertační práce:

Dizertační práci pana Ing. Radima Kupčáka považuji za tematicky i obsahově přínosnou odpovídající nárokům, kladeným na samostatně zpracované téma, které má v předložené podobě charakter úspěšné vědecké studie, prezentované na mezinárodní úrovni. Moje stanovisko k obhajobě disertační práce pana Ing. Radima Kupčáka je doporučující a souhlasím, aby mu v případě úspěšné obhajoby byl udělen v Doktorském studijním programu Strojírenská technologie titul „philosophiæ doctor“, psáno ve zkratce Ph.D.

V Brně, 2.9. 2024

Prof. Ing. Miroslav PÍŠKA, CSc., školitel

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství, Ústav strojírenské technologie, Technická 2896/2, 616 69 Brno

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Soňa Rusnáková, Ph.D.

viz. posudek v PDF
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 206,39 kB

Reviewer’s report
Ing. Ondřej Uher, Ph.D.

viz. posudek v PDF
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 242,26 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová