Bachelor's Thesis

Design of a laboratory task for evaluating the mechanical properties of polymer parts created using 3D printing technology

Final Thesis 6.64 MB

Author of thesis: Tomáš Nguyen

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Tomáš Binar, Ph.D.

Reviewer: Ing. Pavel Šafl

Abstract:

This bachelor’s thesis focuses on the design of laboratory exercises for teaching the mechanical properties of polymers produced using additive manufacturing. The first half of this thesis is devoted to a description of the history of additive manufacturing, the basic operating principles of individual types of additive manufacturing, and the machanical properties of the polymers used in the practical section of this thesis. At the end of theoretical section, mechanical testing methodologies are described in accordance with relavant standarts. The proposed test speciments of selected PLA, ASA, and PETG meterials are then subjected to tensile, hardness, and impact strangth tests. Based on the testing theory and the selected polymers, laboratory exercises are proposed, laboratory exercises are proposed at the end of this bachelor’s thesis.

Keywords:

3D printing, FDM, polymers, tensile test, hardness test Shore D, Charpy impact test, laboratory task

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Otázky oponenta k obhajobě: 1. Uvažoval jste při návrhu úlohy o testování vzorků s různou orientací tisku vůči směru rázu kyvadla (např. tisk naležato vs. nastojato)? Jaký rozdíl v absorpci energie byste u těchto konfigurací očekával? 2. Proč jste u mechanických zkoušek dělal vrub do tělesa pomocí zařízení, které vytváří vruby, když nám umožňuje 3D tisk tento vrub vytisknout? 3. Nedocházelo při tvorbě vrubů k tavení platu nebo jiné deformaci zkušebních těles? Zkoušel jste i vruby rovnou do tělesa tisknout? Doplňující otázky komise: - kolik vzorku je v rámci ulohy testoáno - statistika, rozptyly Student seznámil státní zkušební komisi s cíli a řešením závěrečné vysokoškolské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

doc. Ing. Jiří Vaněk, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Tomáš Binar, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Martin Adámek, Ph.D. (člen)
Ing. Jakub Dokoupil (člen)
Ing. Jiří Libich, Ph.D. (člen)
Ing. Ondřej Klvač (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Tomáš Binar, Ph.D.

Bakalářská práce se zabývá návrhem laboratorních úloh na hodnocení mechanických vlastností polymerních dílů vytvořených technologií 3D tisku. V teoretické části autor popsal historii a jednotlivé technologie 3D tisku včetně používaných materiálů s použitím dostatečného množství relevantních literárních zdrojů. V kapitole věnované mechanickým zkouškám autor poměrně dobře popsal principy a postupy uvedených zkoušek, ale mohl zde uvést dosavadní poznatky z vědeckých publikací o chování zkoumaných materiálů při mechanických zkouškách. Rovněž se v některých případech v textu objevují méně obratná větná spojení, která mohou měnit myšlenku autora. Navazující experimentální část obsahuje poměrně rozsáhlý laboratorní výzkum a zajímavé poznatky o vybraných materiálech. Velmi kladně lze ocenit přístup studenta, který se v průběhu zpracování uvedené práce podílel na vybudování laboratoře mechanických vlastností. Návrh laboratorních úloh je pečlivě a detailně zpracovaný a lze ho bez úprav zařadit do výuky ve vybraných předmětech. Rovněž je nutné podotknout, že student zpracoval nad stanovený cíl práce dvě úlohy, a tím výrazně přispěl k vytvoření uceleného souboru laboratorních úloh. Předložený text splňuje požadavky na bakalářské práce a získané poznatky lze aplikovat v odborné praxi. Points proposed by supervisor: 95

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Pavel Šafl

Předložená bakalářská práce studenta Tomáše Nguyena se věnuje velmi praktickému a pro pedagogický proces na Ústavu elektrotechnologie přínosnému tématu. Cílem práce bylo navrhnout a metodicky zpracovat novou laboratorní úlohy zaměřenou na testování rázové houževnatosti polymerů vyrobených aditivními technologiemi pomocí Charpyho kladiva. Oceňuji logickou provázanost textu, kde autor nejprve shrnuje teoretická východiska 3D tisku a mechanického zkoušení, a následně navrhuje konkrétní metodický postup včetně vzorových tabulek a instrukcí pro studenty.

V rešeršní části autor prokázal dobrou orientaci v problematice technologií 3D tisku (zejména FDM/FFF) a v metodách destruktivního zkoušení materiálů. Grafické zpracování práce, schémata a doprovodná fotodokumentace k obsluze měřicího zařízení jsou na vysoké úrovni. Velmi kladně hodnotím sepisování detailního návodu „krok za krokem“ pro přípravu a realizaci měření, což výrazně usnadní nasazení této úlohy do reálné výuky v laboratorních cvičeních. Práce splňuje formální náležitosti a vykazuje dobrou jazykovou úroveň.

Z hlediska formálního zpracování, jazykové a grafické stránky je práce vypracována pečlivě, text je logicky strukturován a doplněn o názornou fotodokumentaci. Přesto se autor nevyhnul drobným formálním nedostatkům. V českém textu se místy objevují gramatické chyby v textové shodě (např. v abstraktu či úvodu), občasné hovorové výrazy a v popisu schématu tiskové hlavy se nachází zjevný překlep („trvska“ namísto tryska na str. 21). Výraznější množství chyb a překlepů bohužel vykazuje anglický abstrakt, kde se objevují zkomolené odborné termíny jako „machanical“, „standarts“ či „speciments“, a na jeho samotném konci se navíc nedopatřením duplikovala celá závěrečná věta. Tyto vady však nemají zásadní vliv na vysokou praktickou hodnotu práce a srozumitelnost navržených laboratorních návodů.

Z inženýrského a metodického hlediska však mám k praktické části několik připomínek. U mechanického zkoušení 3D tištěných vzorků kritickou roli anizotropie materiálu – tedy směr tisku, orientace vrstev, hustota a geometrie výplně (infillu). V návrhu laboratorní úlohy sice autor s těmito parametry pracuje, ale v textu chybí hlubší diskuse nad statistickou významností naměřených výsledků. Vzhledem k inherentní nehomogenitě 3D tištěných struktur vykazují měření rázové houževnatosti často značný rozptyl hodnot. Student se mohl v hodnocení výsledků více zaměřit na stanovení směrodatné odchylky a kritické posouzení chyb měření, namísto pouhého porovnávání průměrných hodnot.

Z hlediska bezpečnosti práce v pedagogické laboratoři by bylo rovněž vhodné v návodu explicitněji zdůraznit rizika spojená s odletujícími fragmenty přeražených vzorků při rázové zkoušce a nutnost používání ochranných pomůcek.

I přes tyto dílčí metodické a formální připomínky je předložená práce uceleným a prakticky využitelným dílem. Student splnil všechny body zadání, prokázal schopnost samostatné práce i systematického uvažování při tvorbě výukových materiálů. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení 92 bodů a známku A.  Topics for thesis defence:
  1. Nedocházelo při tvorbě vrubů k tavení platu nebo jiné deformaci zkušebních těles? Zkoušel jste i vruby rovnou do tělesa tisknout?
  2. Uvažoval jste při návrhu úlohy o testování vzorků s různou orientací tisku vůči směru rázu kyvadla (např. tisk naležato vs. nastojato)? Jaký rozdíl v absorpci energie byste u těchto konfigurací očekával?
  3. Proč jste u mechanických zkoušek dělal vrub do tělesa pomocí zařízení, které vytváří vruby, když nám umožňuje 3D tisk tento vrub vytisknout?
Points proposed by reviewer: 92

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová