Master's Thesis

Investigation of machinability of 3D printed material

Final Thesis 4.52 MB

Author of thesis: Ing. Lubomír Friedl

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Štěpán Kolomý, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Slaný, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on evaluating the machinability of 316L stainless steel manufactured by conventional technology and by the Meltio wire laser directed energy deposition process, both in the as built condition and after heat treatment. The aim of the thesis was to experimentally compare the behavior of individual materials during micro-milling and to assess their machinability based on force load, machined surface topography, and cutting tool wear. The experiment was conducted using a monolithic carbide micro-milling cutter with a diameter of 1 mm under defined cutting conditions. The results show that the different material states exhibit distinct machining responses, particularly in terms of force load, surface quality, and tool degradation. Conventionally manufactured 316L generally demonstrates a more stable cutting process and more uniform tool loading, whereas the additively manufactured material may show higher variability due to its heterogeneous microstructure and local density fluctuations. Heat treatment influences both material variants by altering their mechanical response during machining and affecting process stability as well as the resulting surface topography. Overall, the study confirms that the machinability of 316L stainless steel is strongly dependent on the manufacturing route and subsequent processing, highlighting the need to select appropriate cutting parameters with respect to the specific characteristics of each material state.

Keywords:

machinability, micro milling, additive manufacturing, 316L stainless steel, Meltio technology, cutting forces, surface roughness, tool wear

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Diplomant seznámil komisi s obsahem a výsledky své diplomové práce a zodpověděl otázky vedoucího, oponenta a dalších členů komise. V průběhu obhajoby byly zodpovězeny následující doplňující otázky: 1. Objasněte, jak vznikají zbytková pnutí při procesu obrábění. Jaké typy pnutí rozeznáváme? částečně zodpovězeno 2. Jaké pórovitosti daná technologie výroby materiálu dosahuje? zodpovězeno 3. Čemu přisuzujete nerovnoměrné opotřebení jednotlivých břitů řezného nástroje? částečně zodpovězeno 4. Odhadněte tažnost pro jednotlivé varianty zkoumaných materiálů. zodpovězeno Otázky členů komise byly částečně zodpovězeny.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Manufacturing Technology (N-STG-P)

Specialization

Manufacturing Technology (STG)

Composition of Committee

prof. Ing. Josef Sedlák, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jozef Majerík, PhD., EUR ING (místopředseda)
mjr. doc. Ing. David Dobrocký, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Igor Barényi, PhD., EUR ING (člen)
doc. Ing. Pavel Zeman, Ph.D. (člen)
prof. Dr. Ing. František Holešovský (člen)
Ing. Martin Petrenec, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Štěpán Kolomý, Ph.D.

Předložená diplomová práce je zaměřena na komplexní hodnocení obrobitelnosti korozivzdorné oceli 316L, přičemž klade důraz na porovnání vzorků vyrobených konvenčním způsobem a moderní aditivní technologií Meltio, a to jak v původním stavu, tak po aplikaci tepelného zpracování. Toto téma je velmi aktuální a představuje novost v oblasti základního výzkumu. Hlavním pilířem práce je experimentální porovnání chování těchto specifických struktur při mikrofrézování. Autor v rámci výzkumu precizně posuzuje obrobitelnost na základě klíčových parametrů, mezi které patří silové zatížení, výsledná topografie obrobeného povrchu a v neposlední řadě také kinetika opotřebení řezného nástroje. V teoretické části jsou popsány veličiny, které jsou následně sledovány a vyhodnoceny v praktické části. Student pracoval samostatně a vypracování diplomové práce je na požadované úrovni. Ze získaných poznatků jsou vyvozeny adekvátní závěry, které jsou navíc podloženy a komentovány odbornou zahraniční literaturou, což považuji za velmi cenné. Práce je zpracována na požadované úrovni a plně ji doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením za A-výborně
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic B

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Martin Slaný, Ph.D.

Předložená diplomová práce se věnuje aktuálnímu a průmyslově relevantnímu tématu obrobitelnosti oceli 316L vyrobené konvenčně a technologií Meltio, a to ve stavech před a po tepelném zpracování. Za velmi zdařilé považuji systematické experimentální uspořádání s porovnáním čtyř materiálových stavů, vhodně zvolenou kombinaci hodnoticích kritérií (silové zatížení, topografie povrchu, opotřebení nástroje) i snahu interpretovat výsledky v širších souvislostech mikrofrézování. Přínosná je zejména komparace aditivně vyrobeného a konvenčního materiálu, z níž vyplývá, že aditivní 316L vykazuje nižší řezné síly, avšak vyšší variabilitu procesu, zatímco konvenční materiál se chová stabilněji a poskytuje kvalitnější povrch. Oceňuji rovněž využití dynamometrického měření a doplnění hodnocení o analýzu opotřebení nástrojů. Určitou slabinou práce je místy příliš rozsáhlá a opakující se interpretace některých dílčích výsledků a také méně důsledné statistické zpracování naměřených dat, které by pomohlo přesněji kvantifikovat význam pozorovaných rozdílů. Práci by dále prospělo užší propojení výsledků s metalografickou analýzou či detailnějším vysvětlením vlivu mikrostruktury na chování při obrábění. Celkově však hodnotím práci jako kvalitně zpracovanou, odborně přínosnou a způsobilou k obhajobě s doporučeným hodnocením A - výborně.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. Jak konkrétně závisí naměřené hodnoty tvrdosti jednotlivých stavů materiálu s průběhem řezných sil a opotřebením nástroje?
  2. Jaké doplňující materiálové analýzy (např. metalografie, měření zbytkových napětí, analýza pórovitosti) by nejlépe vysvětlily rozdíly mezi konvenčním a aditivně vyrobeným materiálem?
  3. Do jaké míry ovlivňuje vzorkovací frekvence interpretaci paprskových diagramů a FFT analýzy při vysokých otáčkách?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová