Master's Thesis

Measurement and evaluation of 3D printed components quality in prototyping and small-batch production

Final Thesis 3.64 MB Appendix 5.69 MB

Author of thesis: Ing. Radim Zlámal

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Josef Sedlák, Ph.D.

Reviewer: Ing. Oskar Zemčík, Ph.D.

Abstract:

The presented master’s thesis deals with the issues of measurement and quality assessment of components produced using 3D printing technologies, specifically focusing on the FDM/FFF method in the field of prototyping and small-batch production. The aim of the thesis is to analyse current trends in additive manufacturing and to design a functional system for monitoring the mechanical properties of prints through tensile testing using a prototype of a custom testing device, enabling immediate validation of components directly at the production site. Within the framework of the work, a measurement methodology is developed utilizing miniature specimens and non-contact deformation sensing via an optical extensometer. The thesis includes practical testing of the proposed procedure on PLA and PETG materials, an analysis of the influence of print anisotropy on the resulting material characteristics, and a techno-economic evaluation of the return on investment in measurement technology within a corporate environment. The outputs of the work suggest the potential of the proposed system for the effective determination of material behaviour and the possibility of increasing the reliability of additively manufactured printed parts in technical practice.

Keywords:

3D Printing, MEX, Quality Control, Uniaxial Tensile Test, Optical Extensometry

Date of defence

17.06.2026

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. Kde byla zjištěna hodnota mzdy za technika a obsluhu tiskárny. zodpovězeno 2. Jaké byly hodinové náhlady za poskytnuté služby? Zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Manufacturing Technology (N-STG-P)

Specialization

Manufacturing Technology and Management in Industry (STM)

Composition of Committee

prof. Ing. Josef Sedlák, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jozef Majerík, PhD., EUR ING (místopředseda)
prof. Ing. Igor Barényi, PhD., EUR ING (člen)
prof. Ing. et Ing. Mgr. Jana Petrů, Ph.D. (člen)
Ing. Mgr. Lada Vejmělková, Ph.D. (člen)
Ing. Monika Horáková, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Valášek (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Josef Sedlák, Ph.D.

Posuzovaná diplomová práce je zpracována v souladu se zadáním na požadované úrovni. Práce se mimo jiné zabývá vysoce aktuální a v průmyslové praxi velmi žádanou problematikou kontroly jakosti v aditivní výrobě, konkrétně se zaměřením na metodu FDM/FFF v oblasti prototypní a malosériové výroby. S masivním rozšiřováním 3D tisku z oblasti pouhého vizuálního prototypování do sféry funkčních dílů neustále roste tlak na zajištění jejich mechanické spolehlivosti a opakovatelnosti produkce. V teoretické části práce diplomant prokázal schopnost rešeršní činnosti a systematické práce s odbornou literaturou i mezinárodními standardy, jako je klíčová norma ISO/ASTM 52900. Velmi přehledně klasifikoval jednotlivé aditivní metody, podrobně charakterizoval specifické faktory ovlivňující výslednou kvalitu výtisků od materiálových charakteristik přes procesní parametry až po postprocessing a jasně definoval koncept kvality v aditivní výrobě. Zvláště oceňuji začlenění konceptu úrovní technologické připravenosti (TRL) a analýzu reálného stavu hodnocení kvality přímo ve vybraných průmyslových podnicích, což teoretickému základu dodává praktický rozměr a citlivě demonstruje limity i potřeby současné průmyslové praxe. Teoretický základ je logicky strukturován a vytváří pevný základ pro experimentální část. Praktická a experimentální část práce vykazuje vysokou úroveň a plně se zaměřuje na návrh funkčního systému pro operativní kontrolu mechanických vlastností tiskových komponent. Významným přínosem je vývoj měřicí metodiky využívající vzorky a bezkontaktní snímání deformací prostřednictvím optického extenzometru, což výrazně šetří materiál i čas při přípravě zkoušek. Tento navržený postup diplomant prakticky otestoval na materiálech PLA a PETG, přičemž detailně analyzoval vliv anizotropie tisku na výsledné materiálové charakteristiky. Kladně hodnotím také kritickou diskusi výsledků, ve které se diplomant otevřeně zabývá reálnými provozními úskalími, jako jsou možnosti prokluzu vzorků, a navrhuje konkrétní konstrukční optimalizace pro zpřesnění a zefektivnění celého procesu testování kvality. Technicko-ekonomické zhodnocení v závěrečné části představuje precizně zpracovanou analýzu návratnosti investice do měřicí techniky ve firemním prostředí. Diplomant detailně kalkuloval počáteční investici do interního systému s předpokládanou životností 5 let a porovnal náklady na vlastní testování s externím outsourcingem. Výstupy této analýzy přinášejí cenné a věcné poznatky pro technickou praxi. Diplomant prokázal, že zatímco v oblasti hobby tisku a při použití levných materiálů je testování ekonomicky obtížně udržitelné, v průmyslové sféře s využitím prémiových materiálů představuje pouze minimální navýšení nákladů při současném zajištění požadované kvality. Diplomant prokázal schopnost samostatně řešit komplexní problém od analýzy přes navržené řešení až po ekonomické zhodnocení. Práci lze ocenit zejména pro její komplexnost, systematický přístup k řešení dané problematiky a její aplikační přínos do praxe.

Diplomant získával potřebné informace a podklady na pravidelných konzultacích nejen ve škole, ale také ve společnosti X-Sight s.r.o., která se podílela na řešení uvedeného tématu. Získané informace maximálně zužitkoval v předložené práci. Po grafické stránce je práce zpracována na odpovídající úrovni. Podklady potřebné pro svoji práci diplomant čerpal z literárních, odborných, ale převážně z elektronických zdrojů, o které se také opírá. Při řešení diplomové práce postupoval diplomant správně. Prezentované výsledky jsou přesvědčivé a jsou přehledně uspořádány pomocí obrázků, tabulek a grafických závislostí. Práce je přehledná a srozumitelná. Z výše uvedených skutečností vyplývá, že diplomant splnil zadání v plném rozsahu, a proto doporučuji diplomovou práci k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

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

Diplomová práce Radima Zlámala se zabývá problematikou hodnocení kvality komponent vyráběných technologií 3D tisku, zejména metodou FDM/FFF. Student zpracoval rozsáhlou rešerši aditivních technologií, faktorů ovlivňujících kvalitu tisku i možností kontroly mechanických vlastností výtisků. Pozitivně hodnotím zejména aktivní přístup při získávání informací z průmyslové praxe, návrh vlastních miniaturních zkušebních těles a praktické využití optického extenzometru s metodou DIC při tahových zkouškách. Oceňuji také samostatný přístup při návrhu metodiky a realizaci experimentů na materiálech PLA a PETG.

Práce však vykazuje i několik významnějších nedostatků. Především je praktická část výrazně užší, než naznačuje název a zadání práce. Hodnocení kvality 3D tisku je zde prakticky redukováno pouze na tahové zkoušky FDM vzorků a základní mechanické charakteristiky, zatímco další důležité aspekty kvality, například rozměrová přesnost, kvalita povrchu, vnitřní defekty nebo opakovatelnost výroby, nejsou experimentálně řešeny. Slabší je také hlubší statistické vyhodnocení výsledků a detailnější diskuse vlivu některých parametrů tisku. V práci se rovněž objevují méně přesně popsané obrázky a místy příliš obecné či popisné formulace.

Přes uvedené nedostatky student prokázal schopnost samostatné technické práce a orientaci v problematice aditivní výroby. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment B
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 C
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations B
Topics for thesis defence:
  1. V práci hodnotíte kvalitu 3D tisku především pomocí tahových zkoušek. Jaké další metody hodnocení kvality by bylo vhodné doplnit pro komplexnější posouzení FDM výtisků?
  2. U některých PETG vzorků došlo k lomu mimo měrnou část tělesa. Proč byly tyto výsledky ponechány ve statistickém vyhodnocení a jak by se změnily výsledky po jejich vyřazení?
  3. Na základě čeho byly stanoveny vstupní hodnoty pro technicko-ekonomické zhodnocení, zejména ceny zařízení a externího testování, a jak citlivé jsou výsledné závěry na změnu těchto parametrů? Jak byly ceny ověřeny například cena za tiskárnu stratasys F3300 či 25000 kč za jednu tahovou zkoušku?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová