Přístupnostní navigace
E-application
Search Search Close
Master's Thesis
Author of thesis: Ing. David Chalupa
Acad. year: 2025/2026
Supervisor: Ing. David Škaroupka, Ph.D.
Reviewer: Ing. Jaroslav Baron
In large-format additive-subtractive manufacturing of polymers, iterative alternation of printing and machining is often required to achieve dimensional accuracy and geometric complexity. However, this strategy is limited by the low strength of interfaces between sequentially manufactured segments. When a new segment is deposited onto a cooled and machined substrate, a cold joint is formed. In materials sensitive to thermal history, this can lead to segment separation already during manufacturing. The aim of this thesis was to design a segment joint that reduces the negative effect of the cold joint and to describe the influence of its geometric and process parameters on the interface strength of PP30GF. The experimental validation was carried out on a robotic hybrid manufacturing cell that combined large-format pellet-based additive manufacturing with machining. The proposed strategy was based on creating a mechanical interlock in a thin-walled printed segment and subsequently filling it with molten material during the following additive operation. Tensile tests of model specimens were used to evaluate the influence of groove width, groove depth, controlled over-extrusion and manufacturing accuracy of the robotic workstation on the resulting joint strength. The best group of specimens with the hybrid mechanical interlock achieved a strength of approximately 8 MPa. This corresponded to an approximately fourfold increase compared with a conventional cold joint and to the recovery of approximately 65% of the strength of continuous printing. The results further showed that, within the tested range, a larger residual substrate width relative to the groove width was decisive for higher load-bearing capacity, because critical failure occurred mainly in the machined segment. Groove depth affected the location of critical failure, while controlled over-extrusion increased the load-bearing capacity of the joint. In addition to describing the influence of the investigated parameters using response surface methodology, the thesis identified key limitations of robotic hybrid manufacturing that significantly affected the resulting strength of the segment joint. The results provide a methodological basis for the use of segmented and iterative hybrid strategies in the production of large polymer parts.
large-format additive manufacturing, hybrid additive-subtractive manufacturing, cold joint, segment strategies, PP30GF
Date of defence
15.06.2026
Result of the defence
Defended (thesis was successfully defended)
Grading
A
Process of defence
Student prezentoval výsledky své diplomové práce a zodpověděl otázky oponenta: Ing. Baron: V dp popisujete nutnost přesného umístění zámku do středu stopy tištěného dílu. Tyto díly však bývají tvarově nepřesné, navrhněte postup jak co nejlépe analyzovat vytištěný díl a umístit do něj drážku zámku. ZODPOVĚZENO Ing. Baron: V dp řešíte spoj ve stopě tisku, ale zmiňujete i možnost umístit nový díl na bok vytištěného dílu. Jaký byste v tomto případě volil tvar zámku a jak byste jej případně upravil, aby bylo možné dosáhnout vyšší pevnosti spoje. Myslíte, že by bylo možné dosáhnout vyšší pevnosti? ZODPOVĚZENO doc. Mazůrek: Proč nepřipadá v úvahu vytvořit drážku přímo tiskem? ZODPOVĚZENO dr. Dočekalová: Co je přeextruze? ZODPOVĚZENO dr. Dočekalová: Jsou výsledky přenositelné na jiné práce zabývající se stejnou problematikou? ZODPOVĚZENO dr. Čížek: Jaký je rozdíl mezi vyrobenými povrchy? ZODPOVĚZENO dr. Čížek: Je možné vrstvu vytvořenou studeným spojem znovu zahřát pro další extruzi? ZODPOVĚZENO doc. Maňas: Mohlo by se využít lomové energie? ZODPOVĚZENO prof. Hartl: Jak fungují spoje mezi jednotlivými vrstvami? ZODPOVĚZENO prof. Hartl: Nemá smyl pomoct difúzi nějakým detergentem nebo smáčedlem? ZODPOVĚZENO prof. Hartl: Jaká smáčedla by šlo použít? ZODPOVĚZENO doc. Němeček: Šlo by využít lepení vzniklých spojů? ZODPOVĚZENO
Language of thesis
Czech
Faculty
Fakulta strojního inženýrství
Department
Institute of Machine and Industrial Design
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 reportIng. David Škaroupka, Ph.D.
Grade proposed by supervisor: A
Reviewer’s reportIng. Jaroslav Baron
Grade proposed by reviewer: A
Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová