diplomová práce

Analýza teplotního chování procesu aditivní výroby mikro-prutových struktur z materiálu AlSi10Mg

Text práce 4.22 MB

Autor práce: Ing. Jakub Nosek

Ak. rok: 2020/2021

Vedoucí: doc. Ing. David Paloušek, Ph.D.

Oponent: Ing. Kateřina Dočekalová, Ph.D.

Abstrakt:

Pomocí aditivních technologií je možné vyrábět složité díly, které jsou konvenčními technologiemi nevyrobitelné. Jedním z typických příkladů jsou mikro-prutové struktury. Výroba těchto struktur je poměrně náročná a odlišuje se od výroby objemových dílů. Cílem diplomové práce je popsání teplotního chování pří výrobě prutů technologií SLM. Pomocí numerické simulace, která reflektuje procesní parametry stroje, bylo možné analyzovat teplotní chování kolmých i skloněných prutů a detailně analyzovat jejich proces výroby. U prutů se ukazuje závislost průměru prutu na rozšiřování návaru vlivem předehřívání materiálu od předchozího skenování laserem. Finální geometrie skloněných prutů je tvořena napříč více vrstev. V práci je dále popsán vliv začátku a konce trajektorie laseru, který může ovlivnit kvalitu povrchu prutů.

Klíčová slova:

SLM, pruty, simulace, mikro-prutové struktury

Termín obhajoby

15.06.2021

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student prezentoval výsledky své diplomové práce a zodpověděl otázky oponenta. Ing. Dočekalová: Lze parametry výroby definovat na základě simulace? ZODPOVĚZENO doc. Koutný: Proč jste neuvažoval předchozí vrstvu? ZODPOVĚZENO doc. Koutný: Může mít nějaký vliv teplota předchozí vrstvy stavby? ZODPOVĚZENO doc. Koutný: Řešil jste možnost využití více trajektorií? ZODPOVĚZENO doc. Koutný: Na základě jakých kritérií byste identifikoval vznik různých typů defektů? ZODPOVĚZENO doc. Maňas: Co byste na své simulaci zpětně změnil? ZODPOVĚZENO doc. Maňas: Jak by se navržená změna projevila na výpočetním čase? ZODPOVĚZENO

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Strojní inženýrství (M2I-P)

Studijní obor

Konstrukční inženýrství (M-KSI)

Složení komise

prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Vimmr, Ph.D. (člen)
Ing. Kateřina Dočekalová, Ph.D. (člen)
doc. Dr. Ing. Pavel Polach (člen)

Diplomová práce je zpracována na úrovni a odpovídá nárokům a požadavkům kladeným na tento typ závěrečné práce. Diplomant prací navazuje na dlouhodobě řešené téma mikro-prutových struktur a podařilo se mu rozvinout tuto oblast novým směrem numerických simulací. Diplomová práce obsahuje původní výsledky, které jsou zapracovány do aktuálně připravované publikace. Vznikl také návrh samostatného vědeckého článku do impaktovaného periodiky. Práce obsahuje ale také četné gramatické chyby, což přisuzuji nepozornosti autora při korekci textu. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
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

Známka navržená vedoucím: A

Předložená diplomová práce se věnuje analýze teplotního chování procesu aditivní výroby mikro-prutových struktur z materiálů AlSi10Mg a klade si za cíl objasnit fenomény, které se při výrobě tenkých prutů objevují. První část práce je věnována rešerši, kde autor studoval zejména výrobní vady, návarové testy a parametry, které je ovlivňují, a také publikace věnující se sestavení simulačních modelů. Podstatou práce bylo zodpovězení otázky týkající se distribuce tepla u kolmého a skloněného prutu, ovlivnění návaru a vnitřní struktury prutu. Experimentální část práce měla tři fáze: Fázi 0 – Iniciační; Fázi 1 – Sestavení simulace, simulaci návarů a simulaci kolmých prutů; Fázi 2  - Simulaci skloněných prutů. V závěrečné části práce byly vyhodnoceny výsledky simulace návarů, kolmých a skloněných prutů, simulace trajektorie laseru a překryvu návarů.
Předložená práce svědčí o dostatečném nastudování problematiky výroby mikroprutových struktur a přidanou hodnotou jsou znalosti z oblasti simulace teplotního chování v průběhu aditivní výroby. Vytvořený numerický model, i přes zavedená zjednodušení, vykazuje výsledky, které kopírují trendy výsledků experimentálních.
Z pohledu formálních požadavků je diplomová práce logicky strukturovaná a v rámci jednotlivých kapitol vystihuje záměr zadání této práce. Diplomant shromáždil relevantní informace k naplánování a realizaci experimentů v dostatečném rozsahu. Kladně hodnotím styl technického popisu: přehledný, výstižný.
Předložené práci bych vytkla následující: Diplomová práce zmiňuje jako jeden z cílů publikaci, manuscript byl přiložen, nicméně v závěru diplomové práce není jako jeden ze splněných cílů zmíněn. V závěru práce bych ocenila popsání užitečnosti numerické simulace pro budoucí návrh procesních parametrů pro mikro-prutové struktury s ohledem na eliminaci výrobních vad.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Otázky k obhajobě:
  1. Co je to absorptivita materiálu a jak se měří?
  2. V čem se liší zjednodušení numerické simulace, které aplikoval ve svém modelu Yang [18], od zjednodušení, která byla zavedena v této práci? Je zde souvislost s výsledky simulací [18,20], kde je odchylka od reálných vzorků 7% vs. odchylka 25% v případě šířky návarů u kolmých prutů?
  3. V případě skloněných prutů byla simulací zaznamenána teplota 15 000°C a směrem od osy prutu je uvažováno o vícenásobné přetavování materiálu, bylo v tomto místě odlišné mikrostruktury zkontrolováno chemické složení materiálu?
  4. Může být předložená numerická simulace použita pro návrh procesních parametrů, pro různé mikro-prutové struktury (vždy s ohledem na eliminaci výrobních vad)?

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová