Bachelor's Thesis

3D printing of plastics for vacuum applications

Final Thesis 3.46 MB

Author of thesis: Bc. Jan Machálek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. David Košťál, Ph.D.

Reviewer: Ing. Michal Okál, Ph.D.

Abstract:

The bachelor’s thesis deals with the issue of porosity and outgassing of 3D-printed components manufactured using FDM (Fused Deposition Modeling) technology for vacuum application. The theoretical part of the thesis focuses on the issue of outgassing of materials used in FDM printing, while the practical part focuses on the analysis of porosity in printed components using X-ray computed tomography (CT). For the experimental part of the thesis, six printing configurations with different types of internal infill were designed and manufactured from Prusament PC Space Grade Black material. Subsequently, the samples were evaluated using CT analysis in terms of porosity. The results showed that, for the selected printing configurations, the highest concentration of pores occurred mainly in the perimeter regions, while the influence of the internal infill on the overall porosity was less significant.

Keywords:

FDM, porosity, computed tomography, outgassing, vacuum applications

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student prezentoval výsledky své bakalářské práce a zodpověděl otázky oponenta. Prosím o posouzení pravděpodobnosti výskytu pórovitosti u zvolených vzorků na základě současné literatury a o souvislost s výsledky této práce. - částečně zodpovězeno Ing. Škaroupka - Jaký vliv by měla míra extruze na porovitost? Varioval jste parametry extruze? - zodpovězeno Analyzoval jste teoretický model? - 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. David Nečas, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Michal Kubík, Ph.D. (místopředseda)
Ing. David Škaroupka, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Valena, Ph.D. (člen)
Ing. David Košťál, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. David Košťál, Ph.D.

Motivací zadání této práce bylo zjistit a navrhnout postup pro tisk součástí, které by byly vhodné do prostředí vakua. Materiál samotný byl jednoduše vyřešen představením nového vakuově-kompatibilního materiálu od Průši (PC-SG). Student se tak mohl plně věnovat studiu pórovitosti, tedy optimalizaci tiskových parametrů pro zajištění co nejmenšího objemu uzavřených vzduchových kapes. Kladně hodnotím aktivitu studenta ohledně návrhu metodiky vyhodnocení – měření pórovitosti. Měření pomocí CT se ukázalo jako velmi užitečné. V práci to bohužel dopadlo tak, že toto byla téměř jediná aktivita. Postrádám totiž další nutnou návaznou činnost ohledně vyhodnocení či zobecnění. V práci se lze dočíst, který z vzorků dopadl lépe a který hůře. Jak by to bylo ale pro jiný vzorek, či jestli není šance mít ještě lepší výsledek zde příliš není. Alespoň na úrovni sliceru to mohlo být řešeno. Osobně si z práce bohužel neodnáším původně chtěnou informaci, jak správně tisknout modely pro vakuové aplikace. Doporučení uváděná v závěru jsou velmi stručná a týkají se víceméně jen metody horní výplně. Faktická využitelnost práce je tak bez další práce malá.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment C
Working process, extent and suitability of applied methods C
Scholarly contribution and originality C
Ability to interpret achieved results and draw conclusions C
Applicability of results in practice or theory D
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations B
Student's independence when working on the topic B

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Michal Okál, Ph.D.

Práce 3D tisk plastů pro vakuové aplikace se zabývá experimentálním posouzením využitelnosti 3D tisku pro vakuovou techniku, především problematikou pórovitosti ve výplni součásti. V úvodu student popisuje obecné chování plastů a 3D tištěných plastů ve vakuu a také současný způsob testování podle standardu ECSS-Q-ST-70-02C. I když je zde kapitola zaměřená na problematiku pórovitosti 3D tištěných dílů, obsahuje pouze obecné termíny o typu pórů, ale chybí zde detailnější rozbor vlivu geometrie a tiskových parametrů. Tyto informace následně měly být využity pro návrh testovaných vzorků a měly být ověřeny nebo rozšířeny. V rešeršní části dále chybí přehled možností testování pórovitosti a také — podle zadání — přehled vakuové techniky.

Ve 4. kapitole student představuje testovaný vzorek, kterým je čtvrtina ozubeného kola. Jedná se o originální a dobrý nápad testovat část komponenty s možným reálným využitím. Ovšem chybí zde rozbor geometrie návrhu. Student sám v práci několikrát zmiňuje, že geometrie má přímý vliv na vznik pórů, proto zde měly být zdůvodněny parametry vzorků, jako je výška zubu, modul, počet zubů nebo velikost testovaného ozubení s ohledem na možnost vzniku pórů.

Volba parametrů tisku vzorků nabízí posouzení hned několika parametrů. Ovšem vzorky vždy kombinují několik změněných parametrů dohromady, tudíž lze obtížně posoudit vliv jednotlivých parametrů a vyvodit z toho závěr — nejedná se tedy o systematický návrh, jak autor zmiňuje. Dále autor zmiňuje výskyt pórů: Míra jejich výskytu se dá ovlivnit tiskovými parametry, jako je například teplota trysky a podložky, rychlost tisku nebo šířka extruze. Ovšem tyto parametry se vůbec netestovaly. Z mého pohledu se nabízelo provést testy s menšími vzorky, ale ve větším počtu, přičemž parametry tisku měly být měněny systematičtěji. Samotné vyhodnocení pórovitosti pomocí CT skenu dodává práci přidanou hodnotu, ovšem jedná se o jiné řešení, než bylo specifikováno v zadání práce. V práci mělo být dostatečné zdůvodnění, proč nebyly využity testy ve vakuové komoře, když to byl jeden z dílčích cílů práce.

V práci se také vyskytují formální chyby, jako je chybný odkaz na obrázek v kapitole 4.1 na str. 17 a odlišný font v textu na str. 14 na konci kapitoly 2.4. Stejně tak u obrázku vzorků chybí měřítko.

Přes výše uvedené výhrady práci doporučuji k obhajobě a celkově ji hodnotím známkou D.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment E
Working process, extent and suitability of applied methods D
Scholarly contribution and originality C
Ability to interpret achieved results and draw conclusions C
Applicability of results in practice or theory D
Logical arrangement of thesis and its layout C
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations D
Topics for thesis defence:
  1. Prosím o posouzení pravděpodobnosti výskytu pórovitosti u zvolených vzorků na základě současné literatury a o souvislost s výsledky této práce.

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová