Master's Thesis

Surface texture of castings produced by hybrid investment casting technology

Final Thesis 1.62 MB Appendix 1.4 MB

Author of thesis: Bc. Vít Krejčí

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D.

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

Abstract:

This master's thesis evaluates surface texture transfer within the hybrid investment casting process, tracking the entire technological sequence from a 3D-printed polymer pattern through the inner surface of a ceramic shell mold to the final metal casting. The objective of the experiment is to determine how additive manufacturing parameters and spatial geometry affect the final microgeometry of the cast surface. In the experimental phase, FDM text specimens of three distinct geometries (a vertical plate, a plate inclined at an angle of 25.6°, and a hemisphere) were produced using Polymaker Polycast burn-out material. The patterns were printed in two distinct modes: standard (0.1 mm layer thickness) and slow (0.05 mm layer thickness). These patterns were subsequently used to produce ceramic shell molds and castings from an AlSi10Mg aluminum alloy. Roughness and waviness were evaluated at all three manufacturing stages using a stylus profilometer. The analysis reveals that texture transfer is non-linear. For vertical and inclined planar surfaces, the casting process acts as a smoothing mechanism that effectively eliminates peaks; consequently, patterns printed in the standard mode achieve a final quality comparable to those printed with the finer layer thickness. Conversely, for spherical surfaces, the stair-stepping effect is fully pronounced, and the quality of the initial polymer pattern fundamentally determines the final roughness and waviness of the casting. Finally, the thesis provides technological recommendations for optimizing 3D printing parameters based on the specific geometry of the cast component.

Keywords:

investment casting, hybrid investment casting, 3D printing, FDM, surface quality, roughness, waviness

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student Vít Krejčí 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: Když kov při odlití vyhlazuje povrch, jak to potom ovlivňuje nutnost následných operací s odlitkem? zodpovězeno Co to je vlnitost povrchu a čím je způsobena? zodpovězeno Máte nějak zdokumentované tiskové podmínky? zodpovězeno Byly použité vzorky nějak vyhlazovány? zodpovězeno Jak velký je vliv rychlosti tisku na kvalitu povrchu výsledného odlitku? zodpovězeno částečně

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Manufacturing Technology

Study programme

Foundry Technology (N-SLE-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Libor Pantělejev, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Lichý, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Milan Horáček, CSc. (člen)
doc. Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D. (člen)
Ing. Ladislav Tomek (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D.

Diplomová práce byla zaměřena na hodnocení textury povrchu odlitku v hybridní technologii přesného lití na vytavitelný model. V teoretické části diplomant rozebral kritéria i způsob hodnocení textury odlitku dle stávajících norem. Rozebral zde detailně parametry hodnocení textury z hlediska drsnosti, vlnitosti i odchylek tvaru a rozměru. V experimentální části navrhnul geometrie modelů vyrobeného technologií 3D tisku vycházející z provedené literární rešerše. Na třech vybraných tvarech zkušebních vzorků byly provedeny rozsáhlé analýzy textury na 3D vytisknutých modelech, na keramických skořepinových formách s použitím těchto modelů a následně také na hliníkových odlitcích. Rozsah experimentů navíc znásobil tím, že modely byly zhotoveny dvěma rychlostmi a tloušťkami tisku modelu. Tím bylo možné sledovat texturu povrchu odlitku, skořepiny a modelu v závislosti na podmínkách tisku. Práce je zpracována přehledně na dobré jazykové i odborné úrovni. Velice kladně hodnotím samostatnost studenta, který sám zpracoval a vyhodnotil velké množství dat z celé řady náročných měření. Výsledky měření logicky vyhodnotil a stylizoval do srozumitelných a přínosných závěrů a doporučení. Výsledky práce mají významný přínos pro fakultní slévárnu FSI i další slévárny využívající hybridní technologii přesného lití na vytavitelný model. Výsledky práce jim dovolují optimalizovat proces 3D tisku modelů i výslednou jakost a texturu povrchu odlitků. Práci hodnotím jako velmi dobrou a doporučuji ji k obhajobě. 
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací C
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
doc. Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D.

Předložená diplomová práce Bc. Víta Krejčího se zabývá hodnocením textury povrchu odlitků vyráběných hybridní technologií přesného lití na vytavitelný model. Cílem práce bylo provést rešerši v oblasti aditivních technologií vhodných pro slévárenství, navrhnout metodiku hodnocení jakosti povrchu, experimentálně vyrobit odlitky za využití modelů zhotovených různými metodami 3D tisku a následně komplexně vyhodnotit strukturu a texturu jejich povrchu. Teoretická část práce začíná rozborem principů přesného lití a přehledem aditivních metod s důrazem na materiálové vlastnosti vytavitelných modelů. Logicky na ni navazuje kapitola věnovaná problematice drsnosti a textury povrchu, která správně rozlišuje mezi 2D profilometrií a moderním 3D hodnocením plošných parametrů. Experimentální část se věnuje samotnému návrhu zkušebních těles tří různých geometrií (svislá deska, šikmá deska a polokoule) vyrobených technologií FDM z materiálu Polymaker Polycast. Autor klíčovým způsobem porovnává vliv standardního tisku (vrstva 0,1 mm) a jemného tisku (vrstva 0,05 mm) na výslednou mikrogeometrii. Hodnocení drsnosti a vlnitosti ve všech fázích (model, skořepina, odlitek z hliníkové slitiny AlSi10Mg) bylo precizně provedeno pomocí dotykové profilometrie.

Práce je zpracována na velmi dobré jazykové úrovni, s minimálním množstvím chyb a její struktura je logická, přehledná a srozumitelná. Grafické zpracování, včetně prezentace 3D topografií povrchů a materiálových poměrových křivek, je na vysoké úrovni. Použité výzkumné metody jsou plně dostatečné a cíle diplomové práce stanovené v zadání byly splněny.

Vzhledem k vytyčenému cíli však v závěru postrádám jednoznačnější průmyslové doporučení (např. ve formě přehledné materiálově-technologické matice), které by technologovi slévárny jasně řeklo, jakou kombinaci technologie 3D tisku, tloušťky vrstvy a orientace modelu zvolit pro dosažení konkrétní požadované drsnosti odlitku. Výstupy práce tak zůstávají spíše v akademické rovině popisu naměřených dat.

V záhlaví Tabulky 5 (s názvem „Relativní změna parametru povrchu (geom C)“) i v textu bezprostředně pod ní používáte v prvním sloupci označení „Parametr povrchu“. Vzhledem k tomu, že tyto veličiny byly měřeny dotykovým profilometrem z 2D řezu, správný a v teoretické části práce zavedený termín je „Parametr profilu“.

Dále doporučuji v textu sjednotit terminologii – autor střídavě používá pojmy „suspenze“ (6×) a „keramická břečka“ (20×).

Předložená práce však celkově představuje ucelený a metodicky velmi hodnotný příspěvek k problematice hodnocení kvality povrchu odlitků. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
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 B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. 1. Pro experimentální těleso s geometrií C byl zvolen specifický úhel sklonu stěny 25,6°. Můžete objasnit matematické či technologické zdůvodnění volby právě tohoto úhlu?
  2. 2. Lze zjištěné trendy v systému model/skořepina/tavenina replikovat na jiné slitiny např. na litiny?
  3. 3. Může pozice odlitků na vtokovém kůlu (viz obr. 13) ovlivnit přenos textury povrchu a finální hodnoty drsnosti či vlnitosti?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová