Master's Thesis

Design of Manufacturing Technology for Sandwich Cores Made from Natural Materials

Final Thesis 4.34 MB Appendix 896.11 kB

Author of thesis: Bc. Petr Čagan

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Jan Zouhar, Ph.D.

Reviewer: Ing. Radim Kupčák, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis deals with the design and evaluation of manufacturing technologies for sandwich cores made from natural composite materials. The theoretical part summarizes the knowledge of composites, natural fibres, sandwich structures, and shaped cores. The experimental part describes the development of a bio-inspired shaped core based on a spatial sinusoid. Hemp core samples were manufactured using hand lay-up and supplemented with flax face sheets produced by vacuum infusion. Initial three-point bending tests revealed shortcomings in the form of premature delamination. Based on this information, the manufacturing process was optimized. The modifications led to an improvement in mechanical properties and eliminated the occurrence of delamination. Experimental data showed that the designed core achieves a specific shear strength comparable to polymer foams and its parameters come close to those of an aramid honeycomb. The technical-economic evaluation proves the competitiveness of the core against conventional alternatives and assesses the financial demands of prototype production of the sandwich structure.

Keywords:

natural composites, sandwich structures, shaped core, biomimetics, hemp fibre, flax fibre, vacuum infusion, hand lay-up

Date of defence

18.06.2026

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 oponenta. Otázky členů komise byly zodpovězeny.

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
doc. Ing. Jan Zouhar, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá návrhem technologie výroby sendvičových jader z přírodních materiálů a po odborné i realizační stránce ji hodnotím jako velmi zdařilou. Student prokázal výrazné zaujetí pro řešenou problematiku, samostatnost a schopnost osvojit si od počátku potřebné technologie návrhu, výroby i experimentálního ověření. Oceňuji, že se aktivně účastnil všech fází měření, dokázal získaná data věcně interpretovat a výsledky kriticky zhodnotit. Významným přínosem práce je schopnost identifikovat technologické nedostatky prvotních vzorků a navrhnout konkrétní úpravy vedoucí ke zlepšení výsledných vlastností. Práce splňuje zadání v plném rozsahu a prokazuje velmi dobrou odbornou úroveň studenta. Navrhuji hodnocení A / výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
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 A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Radim Kupčák, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá vysoce aktuálním tématem využití přírodních materiálů při výrobě sendvičových struktur. Na práci nejvíce oceňuji její komplexnost a inženýrský přístup studenta. Ten úspěšně prošel celým procesem od CAD návrhu jádra, přes 3D tisk forem, až po samotnou výrobu a mechanické testování. Zvláště vyzdvihuji iterativní postup, kdy autor dokázal správně analyzovat příčiny předčasné delaminace u prvotních vzorků a proces následně úspěšně optimalizovat (změna lisovacího tlaku a aplikace strukturálního lepidla 3M DP490). Vypovídající hodnotě práce by prospěl větší statistiký vzorek. Jedná se o primárně prakticky orientovanou práci, která přináší reálné a velmi cenné výsledky. Student prokázal schopnost samostatné inženýrské práce. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji celkové hodnocení výborně (A).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. V rámci diplomové práce proběhla optimalizace sendvičové struktury, přičemž vylepšená struktura nese označení „HEMP_V2“. Nastiňte, jakým směrem by šla tato struktura nadále optimalizovat?
  2. Uvádíte, že u sendvičového jádra s 10 vlnkami je problém s tím, že je rohož „roztažena“ na 148 % původní plochy. Jaké technologické úpravy nebo alternativní formáty materiálu byste navrhoval pro úspěšnější výrobu jádra s touto geometrií?
  3. Bylo by v rámci dalšího vývoje možné uvažovat o hybridní konstrukci (např. v kombinaci s konopným jádrem použít pro potahy tkaninu z uhlíkových vláken)? Jak by podle vás taková kombinace ovlivnila vlastnosti panelu?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová