Master's Thesis

Optimization of welding parameters for laser welding of plastic packaging for release servo mechanisms

Final Thesis 3.31 MB

Author of thesis: Bc. Jakub Jelínek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. RNDr. Libor Mrňa, Ph.D.

Reviewer: Ing. et Ing. Martin Dostál

Abstract:

This master's thesis dealt with laser welding of plastics, specifically focusing on a component for fuel tank locking and unlocking motors. The main objective of the thesis was to find a more cost-effective alternative to the current production state. The experimental part evaluated welding methods using a CO2 laser and a fiber laser with beam oscillation, but these methods proved unsatisfactory because pyrolysis and surface burning occurred despite utilizing the lowest possible power. A satisfactory parameter configuration was achieved using a Veles Fiber 60 W engraving station, where continuous variation of parameters led from a pulsed mode to a continuous one. Heating the sample above its melting point without burning the surface was achieved through contour welding. In the final section, a techno-economic evaluation compared the laser LPKF with the Veles Fiber engraving station. Production using the engraving station features 14 times lower hourly costs but also requires a longer welding time; consequently, to maintain the same production efficiency, it was necessary to acquire four of these stations.

Keywords:

polymer, plastic welding, fiber laser, wobble, contour welding, pyrolysis

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

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. Kolik stojí a jaká je návratnost investice do svářečky? zodpovězeno 2. Jak by to bylo s obsluhou strojních zařízení? Lze automatizovat obě navržené varianty? částečně zodpovězeno 3. Jednalo se o plánovaný experiment? Použil jste stejné vzorky pro vyhodnocení? zodpovězeno Otázky členů komise byly částečně zodpovězeny.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Manufacturing Technology (N-STG-P)

Specialization

Manufacturing Technology and Management in Industry (STM)

Composition of Committee

doc. Ing. Karel Kouřil, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Miroslav Jopek, Ph.D. (místopředseda)
doc. RNDr. Libor Mrňa, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jan Řehoř, Ph.D. (člen)
Ing. Michael Fafílek, Ph.D. (člen)
Ing. Martina Sasínková, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Dvořáček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. RNDr. Libor Mrňa, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá vysoce aktuálním tématem laserového svařování automobilových komponentů z vyztužených polymerů. Hodnotím velmi pozitivně, že student přišel s námětem práce zcela samostatně na základě své praxe ve firmě ITW Pronovia s.r.o. V průběhu řešení byl Bc. Jakub Jelínek vcelku aktivní a pravidelně docházel na konzultace.
Na druhé straně je třeba uvést, že řešená problematika se ukázala jako technologicky náročná z hlediska použití jiných typů laserů a souvisejících technických řešení. Z pozice vedoucího práce jsem musel studenta metodicky hodně vést a směrovat hlavně při řešení experimentální části. Stanovené cíle práce považuji za splněné ve všech bodech.

Přes uvedené výhrady student prokázal při řešení dostatečný inženýrský přístup, v závěru dobře zhodnotil dosažené výsledky jak z hlediska technického, tak z hlediska ekonomického zhodnocení. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita D
Schopnost interpretovat dosažené 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 A
Samostatnost studenta při zpracování tématu D

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. et Ing. Martin Dostál

Předložená diplomová práce se zabývá problematikou laserového svařování polymerních komponentů v automobilovém průmyslu. Konkrétním objektem výzkumu je plastové pouzdro zamykacího servomechanismu palivové nádrže. Současná průmyslová praxe ve spolupracující firmě ITW Pronovia s.r.o. využívá k vytváření nerozebíratelného a hermetického spoje specializovanou diodovou svářečku LPKF PowerWeld 2000 Systems, přičemž svařovanými materiály jsou polybutylentereftalát (PBT) vyztužený skelnými vlákny a směs PBT s akrylonitril-styren-akrylátem (ASA) rovněž se skelnými vlákny. Z formálního hlediska byly stanovené cíle diplomové práce splněny.

V úvodní části práce píše autor v první osobě jednotného čísla, přičemž se vyžaduje psaní v trpném rodě. Dále autor provedl správně rešerši na materiály a technologie, které jsou později použité v praktické části práce. V teoretické ale i praktické části mohly být některé obrázky uvedeny s detailnějším popisem a označením v samotném obrázku (např. obr. 2 či 21 apod.). Teoretická část práce je jinak zpracována dostatečně odborně a v požadovaném rozsahu. I přes občasné gramatické, stylistické, grafické a formální chyby ji hodnotím kladně.

V rámci experimentální části se autor zaměřil na prověření možností svařování pomocí CO2 laseru, vláknového laseru s technologií oscilace svazku (wobble) a na následné nalezení vhodného procesního okna na gravírovací stanici Veles Fiber o výkonu 60 W s využitím metody konturového svařování. Kladně oceňuji počet použitých laserových zařízení v experimentu, dále iterační postup v rámci realizace praktických experimentů. Ve stručné charakteristice práce se uvádí „optimalizace procesních parametrů k vytvoření hermetického a dobře reprodukovatelného svaru“, ale v samotném experimentu byly kvůli absenci přípravku bohužel analyzovány pouze vlivy technologií na jeden referenční materiál (horní polovina dílce) nikoliv na samotný svarový spoj celého svařence. Na straně 46 autor porovnává výsledky z praktické části závěrečné práce na obr. 35 s výsledky svařeného vzorku z výroby spolupracujícího podniku včetně vyvození závěrů. Opravdu je tohle porovnání relevantní pakliže v práci nebylo uvažováno zahrnutí tlaku, které autor uvádí jako důležité pro spolehlivý svařovací proces? Navíc je posuzována struktura svaru ze svařeného dílu z průmyslové výroby vůči jednostranně protavenému vzorku (horní polovina dílu), a nikoliv vůči srovnatelnému svařenci.

Práce je zakončena technicko-ekonomickým porovnáním stávajícího a nově navrženého řešení. V ekonomické rozvaze se uvádí, že pořízení čtyř stanic Veles Fiber se vyplatí. Otázkou však je, zdali by přechod z jedné plně automatizované robotické linky na čtyři samostatná pracoviště (byť teoreticky automatizovaná) ovlivnil nároky na jiné důležité faktory, např. na logistiku nebo na celkovou spolehlivost a kvalitu výrobního procesu. Shrnutí výsledků celého zhodnocení by bylo vhodné uvést a porovnat v přehledové tabulce. Na konci tohoto zhodnocení se nachází dva odstavce, které jsou kontextem poněkud odtrženy od tématu dané kapitoly.

V práci se místy objevují stylistické, grafické a formální chyby, například: Chybná forma odkazů (v textu) na obrázky a několik záměn odkazů na obrázky (např. na str. 43 odkaz na obrázek 33a, nebo obr. 23 a 24), duplicitní číslování rovnic a chybějící odkazy na použité a již označené rovnice, občasné překlepy, gramatické chyby nebo stylistické či formální nedostatky v textu, menší nedostatky v citačním stylu (např. odkazy u zdrojů 21 a 25), chybějící zdroj u materiálových vlastností v tab. 1, v některých teoretických pasážích by bylo vhodné čerpat z více literárních zdrojů, horší kvalita obrázků (např. obr. 9, 17, 18)

Celková úroveň práce je dobrá a doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
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 C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. 1.) Může mít absence tlaku při zvoleném způsobu svařování plastů v experimentu vliv na množství pórů v oblasti svarového spoje, respektive natavení materiálu? Lze výsledky z práce na obr. 35 a 36 (str. 45 a 46) relevantně porovnat?
  2. 2.) Zjednodušeně schématicky navrhněte možnou automatizaci vypočtených gravírovacích strojů v prostředí výroby spolupracujícího podniku a stručně porovnejte vůči současnému stavu.
  3. 3.) Při testování vláknového laseru s nastavením minimálního výkonu 600 W jste se potýkal nežádoucí pyrolýzou (degradací) povrchu vzorků (str. 36). Proč jste se nepokusil použít defokusaci paprsku (rozostření) k většímu snížení plošné hustoty energie (intenzity) v místě dopadu, jako jste to učinil u gravírovací stanice (str. 37)?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová