Master's Thesis

Design of software for preparing print data for robotic 3D printing

Final Thesis 6.16 MB Appendix 148.91 MB

Author of thesis: Bc. Milan Liščák

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Vetiška, Ph.D.

Reviewer: Ing. Mikuláš Szabari, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis focuses on the design, implementation and validation of a software prototype for robotic 3D concrete printing data preparation. Based on a review of current approaches to 3D concrete printing and an analysis of the specific requirements of robotic printing, the key requirements for the proposed software solution were defined. The resulting application, developed in Python, enables STL model processing, generation of continuous print trajectories, and export of motion instructions for ABB robots in RAPID format. The application also includes a parametric trajectory generator, allowing print trajectories to be created without importing an input model. To improve its efficiency, the software is enhanced with optimization features such as multithreading and filtering of overly dense trajectory sections. The functionality of the proposed software was verified through simulations in ABB RobotStudio and experimental testing on a real robotic workstation at Voxell.

Keywords:

robotic 3D Printing, slicer, parametric trajectory generator, Python, RAPID code, 3D concrete printing

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Prezentace: - Proč nový slicer? - Struktura navrženého programu - Předzpracování - Slicing a konstrukce kontur - Tvorba trajektorie - Optimalizace - Parametrický generátor - Export pohybových instrukcí - Ověření funkčnosti - Zhodnocení a další vývoj Student seznámil členy komise s výsledky své práce a odpověděl na otázky oponenta. Otázky členů komise: - Nebylo by jednoduší napsatu překladač G-kódu do formátu RAPID? Zodpovězeno. - V čem byl software programován? Zodpovězeno. - Co je to hashovaná tabulka? Zodpovězeno. - Řešil jste místo přímek i použití jiných křivek? Zodpovězeno. Student bez problémů odpověděl na otázky komise.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Production Machines, Systems and Robots (N-VSR-P)

Composition of Committee

Ing. Tomáš Marek, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Vetiška, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Vlček (člen)
doc. Ing., Dipl.-Ing Michal Holub, Ph.D., FEng. (předseda)
Ing. Rostislav Huzlík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Kolář, Ph.D. (místopředseda)

Supervisor’s report
Ing. Jan Vetiška, Ph.D.

Diplomová práce se věnuje zadané problematice na odpovídající odborné úrovni. Struktura práce je logická a jednotlivé kapitoly na sebe vhodně navazují.

Student při zpracování práce pracoval samostatně a prokázal schopnost orientace v řešené problematice. V průběhu zpracování práce pravidelně konzultoval postup řešení a aktivně reagoval na připomínky vedoucího práce, což se pozitivně promítlo do výsledné kvality práce.

Stanovené cíle práce byly splněny v plném rozsahu. Autor se zabýval řešenou problematikou dostatečně do hloubky a dospěl k relevantním závěrům (výsledkům) odpovídajícím zadání diplomové práce, teré byly ověřeny simulací i na reálném pracovišti.

Grafická, stylistická a jazyková úroveň práce je velmi dobrá. Text je přehledně strukturován a po formální stránce splňuje požadavky kladené na tento typ kvalifikační práce.

Práci doporučuji k obhajobě.
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 A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Mikuláš Szabari, Ph.D.

Úkolem studenta je navrhnout software pro přípravu tiskových dat. Práce začíná rešerší, která je kompletní a obsahuje vše potřebné. Následuje systémový rozbor, který popisuje, formuluje a analyzuje řešenou problematiku. V této části bych uvítal přesnější vymezení rozsahu řešené práce. Chybí zde informace o tom, zda bude slicer schopen řešit výplň, více perimetrů, podpory a ostatní běžné parametry slicování. Práce pokračuje návrhem způsobu řešení, který obsahuje i rešeršní informace. V části věnované vývoji programu je postupně vytvářen program sliceru. Program sliceru obsahuje běžné funkce pro vizualizaci, kontrolu vstupního modelu, slicing a sestavení kontur. Jako nová funkce je zde navržen náběh na novou vrstvu a tisk vnější a vnitřní kontury současně se dvěma přechody. Ve sliceru však není řešena extruze materiálu ani kontrola převisů, což jsou běžné funkce slicerů. Součástí kapitoly je i export pohybových instrukcí pro robota, který je pouze přepisem pohybů do jazyka RAPID. Chybí mi zde větší kontrola exportu, například zda robot dosáhne na všechny pozice, zda nedochází k singularitám, a také část kódu pro řízení extruderu. Práce navíc obsahuje parametrický generátor pro tisk bez CAD modelu. Závěr práce je věnován testování sliceru. Je zde zhodnocena časová náročnost a provedena verifikace exportovaného modelu. Ukázané testovací modely mají jednoduchou geometrii a nejsou zde uvažovány navrhované modely z kapitoly 5 na obrázku 5.1.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Jak bude vypadat první vrstva při použití spirálové metody u dílu s větší podstavou?
  2. Jsou ve vašem sliceru kontrolovány převisy? Pokud ne, jak by bylo možné jejich kontrolu implementovat?
  3. Jaká je maximální velikost modelu (v MB), který lze načíst do sliceru?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová