Master's Thesis

Development of strategies for wire arc additive manufacturing of lattice structures

Final Thesis 6.92 MB Appendix 2.2 MB

Author of thesis: Ing. Martin Kouba

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jakub Slavíček, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Stanislav Němeček, PhD.

Abstract:

The diploma thesis deals with the design and verification of a manufacturing strategy for metallic truss structures using Wire Arc Additive Manufacturing. The work focuses on regular three-dimensional BCC and FCC structures manufactured from G3Si1 material. The thesis defines welding parameters for point-by-point deposition of struts, verifies the production of inclined struts with different welding torch orientations, and compares methods for producing nodal points. Based on the manufacturing of unit cells, a manufacturing strategy was proposed and implemented into a parametric manufacturing data generator in the Grasshopper environment. The generator converts the input CAD geometry of the required part into manufacturing data for a robotic workstation and also includes control of heat accumulation using time delays. The proposed procedure was verified by manufacturing test structures and a demonstrator part. The results show that the developed strategy and generator provide a usable basis for the automated production of truss structures using WAAM.

Keywords:

Lattice structures, WAAM, BCC and FCC structures, nodal points, welding torch orientation. 

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval výsledky své diplomové práce a zodpověděl otázky oponenta: doc. Němeček: Práce obsahuje velké množství dat z jednotlivých experimentů. Bylo by podle Vás možné využít umělou inteligenci AI pro jejich vyhodnocení a nastavení procesních postupů? ZODPOVĚZENO doc. Němeček: Jaký je rozdíl v procesu WAAM - CMT při použití MIG a TIG technologie z pohledu hoření oblouku, podávání drátu a dostupnosti při tisku prutových struktur? Jinými slovy - proč jste zvolil ve svých experimentech právě MIG-CMT? ZODPOVĚZENO doc. Maňas: Jak byste navržený díl řešil za pomocí více tiskových hlav? ZODPOVĚZENO doc. Koutný: Došel jste k limitu, co se týká velikosti buňky vůči průměru prutu? ZODPOVĚZENO doc. Mazůrek: Nezkoušel jste možnost využití jiných technologií? ZODPOVĚZENO dr. Čížek: Na jaké materiálové vlastnosti jste díl optimalizoval? ZODPOVĚZENO Ing. Baron: Je metoda výroby pomocí navrženého generátoru nějak limitována? ZODPOVĚZENO

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mechanical Engineering Design (N-KSI-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc. (člen)
doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Němeček, PhD. (člen)
Ing. Kateřina Dočekalová, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Čížek, Ph.D. (člen)
Ing. Jaroslav Baron (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jakub Slavíček, Ph.D.

Hlavním cílem diplomové práce bylo vyvinout a ověřit strategie pro výrobu prutových struktur technologií WAAM. Práce tak řeší aktuální téma v oblasti aditivní výroby. Největší přínos práce spatřuji v jejím komplexním inženýrském přístupu, který vedl ke vzniku funkčního řešení v podobě generátoru výrobních dat v prostředí Grasshopper. Tento generátor byl v závěru úspěšně ověřen při samotné robotické výrobě finálního demonstračního dílu.

Robustní základ celé práci dává kvalitně provedená  literární rešerše. Na ni logicky navazuje metodická část, v jejímž rámci byla navržena a realizována řada konceptů a s nimi spojených experimentů. Výsledky tohoto rozsáhlého testování byly následně efektivně využity k optimalizaci nastavení dílčích parametrů přímo v generátoru výrobních dat. Oceňuji také aktivní přístup k využití různých metod hodnocení kvality výroby od 3D skenování, přes kontrolu teplot pomocí termokamery až k mechanickým zkouškám v tlaku.

Mezi hlavní nedostatky lze z mého pohledu zařadit místy slabší kvalitu popisu některých dosažených výsledků a s tím související diskusi. Tyto drobné nedostatky v textové formě však nijak nesnižují přínos práce jako celku. Množství a kvalita získaných poznatků, stejně jako reálný funkční výstup, jednoznačně převažují nad zmíněnými formálními nedostatky. Student v průběhu zpracování prokázal schopnost samostatné a systematické práce, jejímž výsledkem je ucelené řešení s přímým potenciálem pro praktické nasazení. Práce splňuje všechny zadáním vytyčené cíle a doporučuji ji k obhajobě s celkovým hodnocením A.
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 B
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Práce řeší procesní parametry výroby prutových struktur metodou WAAM, což je beze sporu aktuální a zajímavý úkol. Teoretický úvod je dobře provedená rešerše, zaměřená na konkrétní problémy k řešení. Na jeho základě jsou jednoznačně definované úkoly k řešení, jako svařovací parametry, sklon hořáku, interpass teplota, provedení uzlových bodů atd. V praktické části jsou průběžně prováděny a vyhodnocovány dílčí experimenty. Autor projevuje schopnost výsledky srozumitelně popsat a vyvodit závěry, diskuse kompletně popisuje klady i nedostatky. Velmi dobře hodnotím využitelnost výsledků v praxi, protože jak ukazují výsledky, tisk prutových struktur je zatím velmi neproduktivní a drahý. Logické uspořádání jednotlivých kapitol je v pořádku, jen některé formální náležitosti a grafická úprava by zasloužila zlepšit. Konkrétně např. špatná čitelnost popisků u některých obrázků a tabulek (např. 2.14, 2.18.). Použitá literatura je dostatečná a aktuální, snížené hodnocení je za nesousledné odkazování v textu, jak bývá zvykem (první odkaz na str. 15 je na referenci [24]). Práce obsahuje řadu zajímavých výsledků, beze zbytku splnila zadané úkoly a proto ji doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením 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 A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations B
Topics for thesis defence:
  1. Práce obsahuje velké množství dat z jednotlivých experimentů. Bylo by podle Vás možné využít umělou inteligenci AI pro jejich vyhodnocení a nastavení procesních postupů?
  2. Jaký je rozdíl v procesu WAAM - CMT při použití MIG a TIG technologie z pohledu hoření oblouku, podávání drátu a dostupnosti při tisku prutových struktur? Jinými slovy - proč jste zvolil ve svých experimentech právě MIG-CMT?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová