Bachelor's Thesis

Influence of surface quality of 3D printed models on the casting quality poured into ceramic shells

Final Thesis 2.29 MB Appendix 12.19 MB

Author of thesis: Bc. Jan Novák

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D.

Reviewer: Ing. Radim Štěpán

Abstract:

This bachelor thesis focuses on the influence of chemical etching on the surface quality of castings produced by investment casting using 3D printed PolyCast™ patterns. The aim of the work was to evaluate changes in surface texture depending on etching time and to determine the optimal process duration with respect to achieved surface roughness and process stability. The theoretical part describes investment casting technology, FDM additive manufacturing, properties of PolyCast™ material, and principles of surface texture evaluation according to ISO 25178 standards. The experimental part includes the preparation of test samples, their casting, subsequent chemical etching in different time intervals, and non-contact surface measurement using the optical 3D profilometer Alicona InfiniteFocus. Selected roughness and hybrid surface parameters were evaluated and compared across all etching conditions. The results show that chemical etching significantly reduces surface roughness parameters and improves overall surface quality of the castings. The most pronounced improvement was achieved at longer etching times, with 30 minutes identified as the optimal compromise between surface quality and process stability, while the lowest roughness values were obtained at 40 minutes of etching.

Keywords:

hybrid casting technology (HTO), PolyCast™, chemical etching, surface roughness, areal surface topography

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student Jan Novák svou prezentací seznámil zkušební komisi s obsahem práce. Práce byla přednesena ve stanoveném čase. Po prezentaci a přečtení posudků práce byl student vyzván k zodpovězení otázek oponenta, které podrobně zodpověděl. K práci byly vzneseny připomínky a následující otázky: 1. Slyšel jste pojem delaminace skořepiny? -částečně zodpovězeno 2. Docházelo k vytavení plastových modelů? - částečně zodpovězeno 3. Proč se vytavuje skořepina při vysokých teplotách? - zodpovězeno 4. Lze i jiným způsobem vytavit model ze skořepiny? - částečně zodpovězeno 5. Jak jste určil vhodnou dobu pro použití modelů po leptání? - částečně zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Václav Kaňa, Ph.D. (člen)
Ing. Vítězslav Pernica, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Bořil, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Myška, Ph.D. (člen)

Bakalářská práce Jana Nováka se zabývá vlivem povrchové kvality 3D tištěných modelů na jakost odlitků litých do keramických skořepin. Cílem práce bylo experimentálně ověřit, jak zvolené parametry aditivní výroby technologií FFF a metody následného chemického vyhlazování modelů ovlivňují drsnost povrchu forem a výsledných hliníkových odlitků. Student k řešení úkolu přistoupil samostatně a musel úspěšně zvládnout nejen samotné technologické procesy slévárenské technologie od přípravy modelů a forem až po odlití vzorků, ale také pokročilou metodiku měření profilů povrchu. Velmi přínosné bylo zejména vyhodnocení těchto měření, které probíhalo ve spolupráci s Odborem kvality, spolehlivosti a bezpečnosti, což studentovi přineslo cenné další zkušenosti, jež může úspěšně využít ve své budoucí technické praxi. Výstup práce má hmatatelný praktický přínos pro školní slévárnu, neboť definuje optimální parametry aditivní výroby vytavitelných modelů.
Pro budoucí odbornou činnost studentovi doporučuji věnovat podstatně větší pozornost finální revizi textu a kritické práci s cizojazyčnou literaturou (viz kapitola 2.1). Ponechání odkazů na neexistující či nenačtené citace (např. v kapitole 3.6) zbytečně devalvuje úroveň práce.
Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment B
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality C
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout C
Grafic layout, used style and language level C
Work with used sources including quotations C
Student's independence when working on the topic B

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Radim Štěpán

Předložená bakalářská práce se zabývá vysoce aktuální problematikou na pomezí aditivní výroby a slévárenství, konkrétně hybridní technologií přesného lití na vytavitelný/spalitelný model. Využití aditivních modelů namísto konvenčního vstřikování vosku do drahých matečných forem představuje flexibilní řešení pro kusovou, a hlavně prototypovou výrobu. Klíčovou bariérou této technologie je však specifická drsnost tištěných povrchů (schodový efekt), jež se přímo kopíruje do finálního odlitku. Téma práce je proto velmi dobře zvoleno a reaguje na reálné potřeby průmyslové praxe z hlediska zvládnutí post-processingu.

V teoretické části student popisuje základní principy přesného lití, zařízení Cyclone pro výrobu RP skořepin, jednotlivé metody 3D tisku (FDM, SLA, SLS, Binder Jetting) a možnosti následných povrchových úprav modelů.

Rešerše je zpracována přehledně a logicky na sebe navazuje. Kapitola 1. „Dosavadní poznání“ vhodně rekapituluje práce zabývající se chováním materiálů při vytavování a vlivem tiskových parametrů na výslednou drsnost. Student tak prokázal schopnost pracovat s cizojazyčnou literaturou.

Hlavní přínos této bakalářské práce spočívá v experimentálním vyhodnocení textury povrchu modelů při různé expozici v leptací komoře a parametrů textury povrchu finálních odlitků. Práce přináší cenná praktická data pro stanovení optimální technologické doby leptání (30 až 40 minut expozice), kdy dochází k výraznému vyhlazení povrchu, aniž by byla zásadně změněna rozměrová přesnost modelu/odlitku. Tento komplexní přístup kombinující optickou 3D profilometrii s reálným litím kovu dává práci vysokou užitnou hodnotu. Avšak množství naměřených a vyhodnocených dat je ze statistického hlediska malé.

Za nedostatek této bakalářské práce považuji kapitolu 2.1 „Zařízení Cyclone v procesu nanášení keramického posypu“. Text v této kapitole působí zcela nekompetentně a vyvolává důvodné podezření, že byl nekriticky vygenerován pomocí umělé inteligence bez jakékoliv autorovy věcné kontroly. Autor zde zřejmě zaměnil princip průmyslového separátoru/odlučovače nečistot (cyklonu) s reálným technologickým zařízením Cyclone od společnosti MK Technology pro výrobu RP skořepin. Zařízení Cyclone v praxi funguje na principu sprchového posypu žáruvzdorných materiálů na rotující model. Tento dojem podtrhuje i fakt, že ani jedna z citací uvedených v dané kapitole popsaný systém separace vůbec neobsahuje.

Data v kapitole 3.3 pro přibližný přepočet chyby pro neleptaný a leptaný vzorek (PolySmooth™) s použitím křídového spreje pro analýzu povrchu modelů spolu ne zcela korelují. V práci není uveden transparentní výpočet. Sám autor tento přepočet hodnotí, jako statisticky neprůkazný z důvodu problematiky snímání povrchu modelu, s čímž lze jen souhlasit.

V závěrečném srovnání (Tab. 5) autor porovnává tištěný neleptaný vzorek s nanesenou křídou (zatížený přepočtem z kap. 3.3) vs. odlitek. Druhý vzorek jako čistý, leptaný 40 minut vs. odlitek. Je otázkou srovnatelnost těchto dat. Pro validní závěry by bylo nezbytné provést novou, statisticky významnou sadu měření na identicky připravených vzorcích a metodiku přepočtu mezi vzorky s křídou a bez zkusit přepracovat.

V práci se vyskytují chyby v pravopise, interpunkci a místy i terminologii. Jazyková úroveň je docela dobrá, ale autor by měl zapracovat i na technickém vyjadřování. Práci s citacemi by chtělo zlepšit a citace si před odevzdáním zkontrolovat, viz strana 42.

V práci by také měly být přesně uvedeny použité materiály a technologické postupy, aby bylo možné všechny provedené zkoušky a experimenty zopakovat. Některé uvedené informace v práci si navzájem rozporují, viz strana 39. (Po nalití se forma ponechala několik hodin v klidu, aby mohl odlitek postupně chladnout a tuhnout. … Po uplynutí této doby byla skořepina pro urychlení ochlazení opakovaně postřikována vodou.)

Přes uvedené výhrady a nedostatky považuji práci za splňující požadavky kladené na bakalářské práce a doporučuji ji k obhajobě. Autor prokázal schopnost samostatně řešit technický problém a navrhnout konkrétní řešení.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment C
Working process, extent and suitability of applied methods C
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions C
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level C
Work with used sources including quotations D
Topics for thesis defence:
  1. Jaká část procesu výroby keramické formy chybí ve vaší práci na obrázku číslo 1?
  2. Detailně popište přednosti a funkci zařízení Cyclone používané k výrobě keramických forem ve školní slévárně VUT v Brně.

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová