Ing. Martin MALÝ v průběhu studia splnil všechny požadavky individuálního studijního plánu a v termínu odevzdal disertační práci, která po formální i obsahové stránce splňuje standardy doktorského studia na FSI VUT v Brně. Práce je sepsána v anglickém jazyce a je tematicky ukotvena v oblasti pokročilých technologií 3D tisku kovových dílů a jejich následného obrábění, se zvláštním zaměřením na materiál extrusion (MEX) nástrojové oceli H13 a vliv postprocesů (tepelná úprava, HIP, obrábění) na výsledné mechanické vlastnosti a obrobitelnost.

Cíle práce jsou vymezeny srozumitelně a v souladu s aktuálním stavem poznání v oblasti kovového 3D tisku: zahrnují analýzu současného stavu a trendů, volbu vhodné AM technologie a materiálu, detailní charakterizaci vlastností vybraného systému, návrh a ověření postprocesů ke zlepšení mechanických vlastností a porovnání s konvenčně vyráběným materiálem. Během řešení práce doktorand prokázal schopnost kriticky zhodnotit, že zvolená technologie MEX není ve své stávající podobě bez dalšího zpracování plně připravena pro cílové aplikace, a na základě toho vhodně upravil experimentální strategii směrem k systematickému studiu porozity, mikrostruktury a mechanického chování v návaznosti na procesní parametry a postprocesing.

Experimentální část práce je rozsáhlá a metodicky dobře vystavěná. Zahrnuje volbu konkrétního průmyslového systému (Desktop Metal Studio System 2.0), definování zkušební metodiky, výrobu a testování vzorků a návrh dokončovacích kroků. Autor využívá širokou škálu moderních měřicích a analytických metod – zkouška tahem, CT měření porozity, hodnocení opotřebení nástroje, měření řezných sil, analýzu drsnosti a integrity povrchu, instrumentovanou tvrdost, analýzu zbytkových napětí a mikrostruktury – a to jak pro as-built vzorky, tak pro vzorky po tepelné úpravě a kombinaci HIP + HT.

Za významný vědecký přínos považuji zejména kvantitativní popsání vazeb mezi porozitou, mikrostrukturou a mechanickými vlastnostmi aditivně zpracované oceli H13 v jednotlivých fázích procesu (tisk, debinding, sintr, tepelné zpracování, HIP) a komplexní studium obrobitelnosti takto vyrobeného materiálu ve srovnání s konvenčně vyráběnou ocelí. Práce jasně dokumentuje, že kombinace HIP a tepelného zpracování vede ke snížení porozity až na cca 0,48 % a významnému zvýšení meze kluzu, pevnosti v tahu a tažnosti ve srovnání se stavem po běžném tepelném zpracování bez HIP a s as-built stavem. V oblasti obrábění autor prokazuje vliv posuvu na růst řezných sil, opotřebení nástroje a zhoršení drsnosti povrchu a ukazuje, že při vhodné volbě řezných podmínek lze dosáhnout jakost povrchu srovnatelné s konvenční ocelí. Tyto výsledky mají zřetelný aplikační přesah směrem k praktickému zavádění technologie MEX pro díly s vyšším zatížením v případě doplnění o adekvátní zpracování

Z pohledu propojení na průmyslovou praxi je přínosné, že disertační práce explicitně vymezuje část „Industrial contribution“ a poskytuje doporučení pro využití technologie MEX jako ekonomické alternativy k práškovým PBF procesům zejména v podmínkách malých sérií a nižších výrobních objemů, včetně návrhu postupu pro zlepšení mechanických vlastností tištěných dílů a jejich dokončovacího obrábění.

 

Hodnocení práce doktoranda a jeho odborného růstu

Během doktorského studia Ing. Martin MALÝ pracoval samostatně, cíleně a svědomitě. Aktivně se zapojil do vědeckých aktivit na Ústavu strojírenské technologie FSI VUT v Brně a zároveň dlouhodobě působil na CEITEC VUT v týmu prof. Pavla Václavka, kde se kromě úloh spojených s 3D tiskem věnoval také pokročilé robotice a implementaci digitálních výrobních technologií. Tato kombinace mu umožnila nahlížet na problematiku aditivní výroby kovů nejen z pohledu materiálového a technologického, ale i v kontextu automatizovaných, robotizovaných a digitálně řízených výrobních systémů.

Díky působení na CEITEC VUT měl doktorand přístup k nejmodernější přístrojové technice, měřicím systémům a výrobní infrastruktuře, což se pozitivně promítlo do rozsahu a kvality provedených experimentů. Na svěřených úkolech pracoval systematicky, opakovaně navrhoval a ověřoval experimentální postupy a aktivně se podílel na zpracování a interpretaci výsledků.

Významným prvkem odborného růstu je publikační činnost doktoranda. Výsledky práce byly publikovány ve třech recenzovaných časopisech, z nichž dva patří do nejvyšších kvartilů JCR (Q1) s vysokým impakt faktorem: Alexandria Engineering Journal a Materials & Design. Dále je publikován článek v časopise Manufacturing Technology (Q3), který shrnuje mechanické vlastnosti, strukturu a obrobitelnost nástrojové oceli H13 vyrobené technologií material extrusion. Výsledky byly rovněž prezentovány na mezinárodní konferenci Manufacturing Technology Plzeň 2024.

Taková publikační aktivita v kvalitních mezinárodních časopisech a na konferencích jasně potvrzuje, že autor dokáže formulovat, zpracovat a prezentovat výsledky na úrovni očekávané od doktoranda v oboru strojírenská technologie.

Za velmi přínosnou pro odborný profil studenta považuji také mezinárodní stáž na TU Leoben, kde pracoval s technologií LPBF (Laser Powder Bed Fusion). Tato zkušenost rozšířila jeho pohled na kovový 3D tisk mimo oblast MEX a umožnila mu porovnat nízkonákladové extruzní technologie s high-end práškovými systémy v kontextu mechanických vlastností, struktur a průmyslové implementace.

Na základě výše uvedeného jsem přesvědčen, že Ing. Martin MALÝ prokázal, že získal nezbytné znalosti a dovednosti pro nezávislou vědeckovýzkumnou činnost v oblasti strojírenské technologie, se zaměřením na aditivní výrobu kovů a jejich integraci do moderních digitálních výrobních systémů. Jeho disertační práce představuje jak relevantní vědecký přínos, tak prakticky využitelné výsledky v kontextu současného trendu digitalizace a modernizace výroby.

 

Závěrečné doporučení

Disertační práci Ing. Martina MALÉHO považuji za původní, obsahově přínosné a metodicky kvalitně zpracované dílo, které jednoznačně splňuje požadavky kladené na disertační práci v doktorském studijním programu Strojírenská technologie na FSI VUT v Brně.

 

- d o p o r u č u j i -

Aktuálnost tématu disertační práce:
Téma předložené disertační práce se zabývá komplexním hodnocením výrobních parametrů, postprocesingu a obrábění nástrojové oceli H13 připravené pomocí materiálové extruze.
Aditivní výroba kovových dílů představuje jeden z klíčových směrů moderní výroby a je integrální součástí konceptu průmyslu 4.0 a digitalizace výroby. Aditivní technologie umožňují výrobu komplexních struktur, integraci funkcí a zkrácení výrobních cyklů, což vede k významným inovacím v průmyslových odvětvích, jako jsou letectví, automotive nebo medicína. Problematika výroby nástrojové oceli H13 pomocí materiálové extruze a její následné obrábění je stále málo prozkoumaná, přestože MEX nabízí řadu výhod, například nižší pořizovací náklady zařízení a bezpečnější manipulaci s materiálem než nejvíce rozšířená technologie powder bed fusion. Současný výzkum potvrzuje rostoucí zájem o využití MEX pro výrobu funkčních nástrojových dílů, zejména forem a nástrojů s konformními chladicími kanály. Téma disertační práce je tedy vysoce aktuální a relevantní jak z hlediska vědeckého výzkumu, tak z pohledu průmyslové praxe.

Splnění cílů disertační práce:
Cíle práce jsou formulovány v kapitole 2 disertační práce a zaměřují se na studium vlastností kovového materiálu vyrobeného aditivní technologií materiálové extruze (MEX) a na posouzení jeho vhodnosti pro průmyslové aplikace, zejména pro výrobu nástrojů pro vstřikování plastů. Dílčí cíle zahrnují analýzu současného stavu poznání v oblasti aditivní výroby kovů, výběr technologie a materiálu, experimentální charakterizaci vybraného materiálu, návrh post-processing operací a porovnání vlastností materiálu vyrobeného aditivní technologií s konvenčně vyráběným materiálem.
Tyto cíle se autorovi podařilo splnit. V jednotlivých kapitolách práce jsou popsány experimenty zaměřené na charakterizaci materiálu H13 vyrobeného technologií MEX, zejména z hlediska mikrostruktury, pórovitosti, tvrdosti, mechanických vlastností a obrobitelnosti, a dále analýza vlivu tepelného zpracování na jeho vlastnosti.
Za nepřesné až nevhodné lze nicméně považovat stanovení a míru naplnění cíle týkajícího se výběru technologie a materiálu pro danou aplikaci. Volba technologie MEX a materiálu H13 nebyla zřejmě výsledkem systematického multikriteriálního porovnání širšího spektra AM technologií a materiálů, ale byla motivována snahou ověřit, zda lze pomocí technologie MEX dosáhnout vlastností srovnatelných s technologiemi typu LPBF a současně prozkoumat oblast, která je dosud relativně málo popsána.
Celkově lze konstatovat, že po zvolení dané technologie a materiálu byly stanovené cíle disertační práce naplněny.

Postup řešení a výsledky disertace:
V úvodním přehledu současného poznání jsou rozebrány základní principy additivní výroby kovových materiálů, přehled používaných AM technologií a jejich výhody a omezení z hlediska průmyslového využití. Pozornost je věnována zejména technologii material extrusion a vlastnostem nástrojových ocelí používaných pro výrobu forem a nástrojů. Rešeršní část je poměrně rozsáhlá a v některých pasážích působí až příliš obšírně. Přehled jednotlivých AM technologií by mohl mít větší přínos zejména tehdy, pokud by byl více zaměřen na jejich schopnost zpracovávat nástrojové oceli, případně přímo na materiál H13. V současné podobě tak část textu působí spíše jako obecný přehled AM technologií.
Hlavní část práce tvoří rozsáhlá experimentální studie zaměřená na charakterizaci nástrojové oceli H13 vyrobené technologií MEX a na analýzu její obrobitelnosti. V experimentální části jsou popsány použité výrobní technologie, příprava vzorků a metody analýzy materiálových vlastností, na které navazují naměřené výsledky. Stěžejní experimentální části práce jsou zaměřeny na analýzu mikrostruktury a pórovitosti materiálu vyrobeného technologií MEX, hodnocení mechanických vlastností po různých režimech tepelného zpracování a na studium obrobitelnosti tohoto materiálu. Výsledky poukazují především na význam post-processing operací, zejména tepelného zpracování, díky kterému lze dosáhnout obdobných vlastností jako u ostatních výrobních technologií. Popsání mikrostruktury, tepelného zpracování a obrobitelnosti je silnou stránkou práce a přináší dříve nepublikované výsledky.
Popis dosažených výsledků je však místy velmi podrobný až vyčerpávajícím způsobem a má převážně popisný charakter. V textu přitom výrazně chybí dílčí shrnutí nebo závěry jednotlivých podkapitol, které by čtenáři umožnily lépe sledovat vliv studovaných parametrů a udržet přehled o hlavních zjištěních práce. Mírnou slabinou je skutečnost, že vliv tiskových parametrů na vznik pórovitosti materiálu nebyl studován detailněji, přestože právě pórovitost je jedním z klíčových faktorů ovlivňujících vlastnosti materiálů vyrobených technologií MEX. Podrobnější experimentální analýza tohoto vztahu by mohla přispět k hlubšímu pochopení technologických limitů zvolené metody. Určitou nejasnost lze spatřovat také v hodnocení anizotropie mechanických vlastností. Z textu práce vyplývá, že vliv orientace vzorků byl zřejmě analyzován především u vzorků ve stavu as-built. Není však zcela zřejmé, zda byly vzorky orientované ve vertikálním směru zahrnuty i do experimentů po aplikaci post-processing operací, zejména po HIP zpracování, což by mohlo mít významný vliv na interpretaci dosažených výsledků.

Význam pro praxi a rozvoj vědního oboru:
Předložená práce přispívá k poznání vlastností nástrojové oceli H13 vyrobené technologií material extrusion. Vlastnosti oceli H13 připravené technologií MEX dosud nebyly v literatuře takto komplexně a detailně popsány, a práce tak přináší nové experimentální poznatky o chování tohoto materiálu včetně jeho srovnání s konvenčně vyráběnou ocelí. Získané výsledky jsou omezeny na konkrétní konfiguraci použité technologie a definují dosažitelné vlastnosti materiálu připraveného touto metodou. Výsledky práce současně naznačují potenciál pro výrobu funkčních kovových dílů s nižšími výrobními náklady. V případě další optimalizace procesu a postprocessingu může tato technologie představovat ekonomicky zajímavou alternativu zejména pro výrobu menších forem nebo nástrojových vložek v malých sériích.

Formální a jazyková úroveň disertační práce:
Disertační práce je na dobré stylistické a grafické úrovni a je členěna do sedmi hlavních kapitol s celkovým rozsahem textu cca 94 stran. V práci se objevuje pouze menší množství jazykových nepřesností a stylisticky méně obratných formulací, které však nesnižují srozumitelnost textu. Z formálního hlediska by bylo vhodné text v části výsledků lépe strukturovat, využívat členění do odstavců. Některé odstavce přesahují až 30 řádků; str. 55, 81 nebo 88. Jednotlivé experimentální kapitoly by bylo vhodné doplnit o dílčí závěry, které by usnadnily orientaci v prezentovaných výsledcích.
Práce obsahuje 60 obrázků, z toho 57 je autorských zahrnující mikrostrukturu materiálu, experimentální uspořádání a výsledky měření, a také 10 tabulek shrnujících použité parametry a vybrané výsledky experimentů. Práce se opírá o velmi rozsáhlý soubor citovaných zdrojů, čítající 205 referencí, přičemž přibližně 85 % tvoří články v recenzovaných vědeckých časopisech. Menší část citací představují konferenční příspěvky, odborné knihy, technické normy (ISO, ASTM) a několik online zdrojů.

Celkové zhodnocení:
Předložená práce svědčí o detailních znalostech uchazeče v oblasti technologie obrábění, materiálových věd, schopnostech interpretovat výsledky mikrostrukturních a mechanických analýz materiálu a relevantně zhodnotit jejich použitelnost vzhledem k použitým výrobním a měřicím podmínkám. Rovněž dokazuje hluboké technologické a aplikační znalosti procesu materiálové extruze.
Autor publikoval originální výsledky své disertační práce v recenzovaném časopise Manufacturing Technology a rovněž se také se jako spoluautor podílel na recenzovaných článcích v časopisech Alexandria Engineering Journal a Materials & Design indexovaných na Web of Science. Práce tak splňuje požadavky studijního programu na publikaci výsledků autora i na obsah disertační práce.

Předložené teze disertační práce obsahují stěžejní kapitoly i výsledky disertační práce.

Doporučuji, aby po úspěšné obhajobě byl Ing. Martinovi Malému udělen titul doktora filozofie Ph.D. Topics for thesis defence:

1. Ve Vaší práci uvádíte, že materiál vyrobený technologií MEX vykazuje vyšší pórovitost než konvenčně vyráběný materiál. Jakým způsobem podle Vašeho názoru pórovitost ovlivňuje jednotlivé aspekty obrobitelnosti, zejména řezné síly, opotřebení nástroje a kvalitu obrobeného povrchu?
2. Jaká doporučení byste formuloval pro průmyslovou praxi při obrábění nástrojové oceli H13 vyrobené technologií MEX?
3. Jaké směry dalšího výzkumu považujete za nejperspektivnější v oblasti kombinace aditivní výroby kovů a následného obrábění?
4. Mohl byste podrobněji vysvětlit, jakým způsobem tepelné zpracování ovlivňuje transformaci mikrostruktury a jak se tyto změny následně projevují při obrábění materiálu?

viz. posudek v PDF