Master's Thesis

Moisture Uptake and Drying of Composite Filament for 3D FDM Printing

Final Thesis 3.79 MB

Author of thesis: Ing. Adam Bruštík

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Oskar Zemčík, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jaromír Dvořák, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on the absorption of atmospheric moisture by filaments used in FDM 3D printing and its effect on the properties of printed parts. The theoretical part summarizes the fundamental principles of the FDM process, provides an overview of neat and reinforced filaments, describes the mechanisms of moisture absorption in polymers, and outlines filament storage and drying methods. The practical part investigates the moisture absorption of nine selected filaments, including both neat and composite materials, stored in environments with different levels of relative humidity. Test specimens are printed from these filaments to evaluate selected material properties. Emphasis is placed on comparing materials with the same polymer matrix and different types of reinforcement at various levels of absorbed moisture. The final part of the thesis presents a technical evaluation of the obtained results and an economic assessment of the benefits of using composite materials compared with their neat-material counterparts.

Keywords:

3D printing, FDM, moisture absorption, composite materials, filament drying

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Diplomant seznámil komisi s obsahem a výsledky své diplomové práce a zodpověděl otázky oponenta. V průběhu obhajoby byly položeny následující doplňující otázky: 1. Proč jste si nevybral materiál ABS? A na jakém zařízení se tiskne? zodpovězeno 2. Máte naměřenou hmotnost vzorků a hmotnost modelů, můžete to objasnit? Jedná se o finální výtisk? zodpovězeno 3. Jak si vysvětlujete rozdílné meze pevnosti? zodpovězeno 4. Jak byste mohl zlepšit kohezi? částečně zodpovězeno 5. Mění se hydroskopičnost skelného vlákna a uhlíkového vlákna? zodpovězeno 6. Měřil jste velikost struny před vysoušením a po vysoušení? zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Manufacturing Technology

Study programme

Manufacturing Technology (N-STG-P)

Specialization

Manufacturing Technology and Management in Industry (STM)

Composition of Committee

doc. Ing. Jan Zouhar, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Miroslav Zetek, Ph.D. (místopředseda)
prof. Dr. Ing. Antonín Kříž (člen)
doc. Ing. Josef Chladil, CSc. (člen)
Ing. Jiří Bejtkovský, Ph.D. (člen)
Ing. Janka Vydrová, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Sedláček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Oskar Zemčík, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Adama Bruštíka se zabývá problematikou vlhnutí a vysoušení filamentů pro technologii FDM 3D tisku, především kompozitních materiálů s uhlíkovými a skelnými vlákny. Autor provedl rozsáhlou rešerši zaměřenou na hygroskopičnost polymerů, vliv vlhkosti na proces tisku i mechanické vlastnosti výtisků a následně navrhl a realizoval poměrně rozsáhlý experiment zahrnující devět různých materiálů vystavených několika prostředím s rozdílnou relativní vlhkostí. Součástí práce bylo rovněž technicko-ekonomické zhodnocení získaných výsledků.

Student při řešení práce postupoval převážně samostatně a konzultace využíval spíše v menší míře. Oceňuji zejména rozsah experimentální části, množství provedených měření a snahu propojit výsledky s praktickým využitím v oblasti FDM tisku. Pozitivně hodnotím také aktuálnost použitých zdrojů a transparentní přístup autora k použití generativní AI pouze pro jazykovou korekturu a pomocné formulace.

Práce však obsahuje i několik nedostatků. Především postrádá podrobnější statistické vyhodnocení naměřených dat a hlubší diskusi některých pozorovaných jevů. Část hodnocení kvality tisku je založena převážně na vizuálním posouzení modelu 3DBenchy bez výraznější kvantifikace výsledků. Místy by bylo vhodné detailnější grafické shrnutí závěrů a hlubší interpretace vlivu vlhkosti na jednotlivé materiály. V práci se rovněž objevují drobné formální nedostatky a nepřesnosti.

Přes uvedené připomínky hodnotím práci pozitivně s prakticky využitelnými výsledky. Zadání bylo splněno v plném rozsahu a práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Jaromír Dvořák, Ph.D.

Diplomová práce „Vlhnutí a vysoušení kompozitního filamentu pro 3D FDM tiskárnu“ představuje kvalitně zpracovanou aplikovanou studii s jasným praktickým zaměřením. Autor prokázal schopnost provést rozsáhlou rešerši, navrhnout a realizovat experimentální program a zpracovat výsledky tak, aby poskytly užitečné poznatky pro praxi. Silné stránky práce jsou systematičnost experimentu, přehledné zpracování výsledků a praktická využitelnost závěrů v oblasti skladování a sušení filamentů. Práce dobře kombinuje teoretický kontext s praktickými měřeními a technicko‑ekonomickým pohledem, což zvyšuje její hodnotu pro uživatele FDM technologií.

Současně práce vykazuje několik omezení, která snižují její vědeckou robustnost. Mezi hlavní nedostatky patří absence podrobného statistického zpracování dat, nedostatečné popsání kalibrací a přesnosti použitých měřicích přístrojů a omezená hloubka mechanistické analýzy, například chybějící mikroskopické ověření porozity a rozhraní vlákno–matrice. Tyto nedostatky neznemožňují platnost pozorovaných trendů, avšak omezují sílu kvantitativních závěrů a jejich obecnou přenositelnost do průmyslového prostředí. Formálně a stylisticky je práce na dobré úrovni, s drobnými jazykovými a citačními nepřesnostmi, které nezasahují zásadně do srozumitelnosti textu.

Celkově hodnotím práci jako velmi zdařilou, s výrazným praktickým přínosem a s jasně identifikovanými oblastmi pro další prohloubení. Práce představuje hodnotný příspěvek v oblasti zpracování filamentů pro FDM tisk.

Práci doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Jaký je hlavní mechanismus, kterým vlhkost ovlivňuje kvalitu FDM výtisků a jaký vliv má vlhkost na viskoelastické chování taveniny při extruzi a jak se to projeví na rozměrové přesnosti výtisků?
  2. Proč by bylo vhodné doplnit statistické testy (případně jaké) a jak by to změnilo interpretaci výsledků?
  3. Jak by ovlivnilo výsledky, kdyby se měření prováděla na plných cívkách místo 40 gramových vzorcích?
  4. Proč byly zvoleny právě materiály PETG, ASA a PA12 a jak se liší jejich hygroskopické chování?
  5. Jaké byly hlavní empirické závěry ohledně vlivu výztuže (CF vs GF) na absorpci vlhkosti a mechanické vlastnosti?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová