Výzkum a inovace strojírenských technologií a jejich efektivní řízení

SP2024/049

Čada Radek prof. Ing., CSc.

01. 01. 2024 - 31. 12. 2024

The focus of the project is on four areas of research, namely welding, engineering forming, engineering materials, and their surface treatment, including the design and management of engineering production. Research in the field of welding will focus on optimisation of welding of the AlSi10Mg alloy produced by the SLM (Selective Laser Melting) method by TIG and subsequent study of the properties and microstructure of the welded joints. The parts will be fabricated by robotic welding using the WAAM method (Wire Arc Additive Manufacturing) and subsequently the mechanical properties under dynamic stress and the microstructure of the fabricated patterns or whole parts after heat treatment will be investigated. Research includes a sophisticated assessment of weld defects during production. Furthermore, selected utility properties of hot-dipped alloys CuPb20Sn4, WC-Co, and AlSi will be evaluated. Design and subsequent verification of welding technology will be performed with the support of numerical simulations in Simufact Welding. Research in the field of engineering forming will focus on the analysis of the possibility of forming the 3D printed aluminium alloy AlSi10Mg realized under conditions of multiple plastic deformation. Part of the research will be to compare the influence of two variants of the initial heat treatment on the subsequent forming process. Taking into account the influence of the input treatment, it can be assumed that the temperature of the forming process can be reduced, which significantly affects the microstructural processes and the resulting performance properties. When solving the problem of extrusion of sheet metal strips on DRECE equipment, the influence of setting appropriate extrusion conditions with regard to achieving maximum strengthening in the extruded sheet metal will be investigated. Another objective of the project will be to evaluate the manufacturability of the stand for piece-to-small-batch production. Furthermore, the research will focus on optimisation of component manufacturing technologies through the analysis of sheet metal forming and formability. Research in the field of engineering materials and their surface treatments will focus on the process of electropolishing of aluminium materials prepared by additive manufacturing. Electrolytic polishing is a highly efficient surface treatment process that improves the aesthetic and functional properties of printed components. This electrochemical method involves removing a controlled amount of material from the aluminium surface, resulting in a smooth, polished surface. Electrolytic polishing not only improves the overall performance of additively manufactured aluminium parts by reducing surface roughness and removing ply lines but also increases corrosion resistance and fatigue strength. The process involves immersing the additively manufactured aluminium part in an electrolyte and introducing an electric current, which causes the surface irregularities to dissolve. This technique is particularly advantageous for complex geometries and intricate structures because it treats all surfaces equally, including internal and hard-to-reach areas. As a result, electropolished aluminium components find applications in a variety of industries such as aerospace, automotive, and medical, where both performance and aesthetics are critical factors. This research will primarily focus on the use of non-toxic electrolyte and finding the optimal process parameters for the specific material and desired surface properties. Furthermore, the research will deal with the extension of the topic of the influence of pre-treatment of the base material before the application of the epoxy coating. The experiment will again focus on the effect of edge shape on the quality and properties of the resulting organic coating. The edge treatment will be carried out in three variants: sharp, rounded, and bevelled edge. The experimental part will compare different edge treatments on two different base materials. After edge treatment, a zinc coating will be applied to one of them and then an epoxy coating will be applied to it. The extension will be two different thicknesses of organic coating. The resulting epoxy coating will be tested according to the following standards: EN ISO 2178 Measurement of coating thickness, EN ISO 2409 Coatings – Grid test, EN ISO 4624 Coatings – Tear-off adhesion test, EN ISO 9227 Corrosion tests in artificial atmospheres - Salt spray tests. The subject of research in the field of engineering production design and management will be the use of digital twin as an image of production processes and systems. This is a digital model of physical objects that can be used to understand the relationships and predict the impact of planned changes that may be made to parts of the system and their effect on overall performance. It is applied for simulation, prediction, and optimisation before the actual investment and is an important tool for reducing the level of cost risk from wrong decisions. Nowadays, the issue of quality is also being addressed, particularly in the automotive industry, where competition is very strong, and vehicle manufacturers must also pay attention to requirements such as noise levels in order to meet customer expectations and remain competitive, which involves a whole range of innovations through Industry 4.0 and, therefore, 5.0 principles. In the area of optimising maintenance management processes, research will focus on the implementation of modern systems to process and use data for maintenance processes and the creation of a primary data base.

prof. Ing. Radek Čada, CSc.
prof. Ing. Ivo Hlavatý, Ph.D.
prof. Ing. Petr Mohyla, Ph.D.
doc. Ing. Lucie Krejčí, Ph.D.
Ing. Jindřich Kozák, Ph.D.
Ing. Vladislav Ochodek, Ph.D.
Ing. Ondřej Hilšer, Ph.D.
Ing. Martin Pastrňák, Ph.D.
Ing. Kristýna Sternadelová, Ph.D.
Ing. Vladimíra Schindlerová, Ph.D.
Ing. Libor Nečas, Ph.D.
prof. Ing. Stanislav Rusz, CSc.
Ing. Marek Hejna
Ing. Ondřej Polka
Ing. Jakub Trnka
Ing. Martin Fryšák
Ing. Bc. Tomáš Pektor
Ing. Michal Bučko, Ph.D.
Ing. Hana Krupová
Mgr. Kamil Peterek, Ph.D.
Ing. Rostislav Zabystrzan
Ing. Jiří Švec
Ing. Miroslav Tichý
Ing. Michal Fabián
Ing. Miroslav Lindovský
Ing. Jan Slováček
Ing. Petr Dostál
Ing. Václav Sýkora, MBA
Ing. Martin Procházka
Ing. Jiří Bílek
Ing. František Vysoudil
Mgr. Marek Vindyš
Ing. Antonín Hikade
Bc. Filip Kurnota
Bc. Vojtěch Vons
Bc. Jarmila Adámková
Bc. David Černoch
Bc. Adéla Jančarová
Bc. Dominik Keka
Bc. Jan Marčík
Bc. Benjamin Málek
Bc. Vojtěch Híreš
Ing. Jiří Dombai
Bc. Martin Šmíd
Bc. Jiří Kmoníček
Bc. David Andrle
Bc. David Suchý
Bc. Karel Škrobánek
Ing. Ondřej Kremer
Ing. Petr Vantuch

Dílčím cílem v oblasti svařování je výzkum vlastností svarových spojů na výrobcích zhotovených 3D tiskem, konkrétně návrh technologie svařování Al slitiny vyrobené metodou SLM (Selective Laser Melting). Dále je to výzkum navařování metodou WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) a následné zkoumání chování dílců při dynamickém namáhání. Další oblastí pak bude studium chování tvarových návarů a jejich vlastností po tepelném zpracování. Součástí výzkumu je posuzování vad svarových spojů ve výrobě. Dalšími cíli výzkumu v oblasti svařování jsou studium vybraných užitných vlastností žárových nástřiků ze slitin CuPb20Sn4, WC-Co, AlSi, návh a ověření technologie svařování s podporou numerických simulací v programu Simufact Welding.

Cílem výzkumu v oblasti strojírenského tváření bude ověření tváření slitiny AlSi10Mg vyrobené metodou SLM (Selective Laser Melting). Tváření bude realizováno metodou ECAP (Equal Channel Angular Pressing) s využitím konvenční geometrie tvářecího nástroje. Bude analyzován vliv vstupního tepelného zpracování a teploty protlačování na mikrostrukturní změny dané slitiny. Další oblast výzkumu bude zaměřena na problematiku kontinuálního protlačování pásu plechu na experimentálním zařízení DRECE (Dual Rolls Equal Channel Extrusion). Dalším cílem projektu bude zhodnocení vyrobitelnosti držáku pro kusovou až malosériovou výrobu. Dalšími cíli výzkumu v oblasti tváření budou optimalizace technologií výroby součástí tvářením a analýzy tvářitelnosti plechů.

Cílem výzkumu v oblasti strojírenských materiálů a jejich povrchových úprav bude proces elektrolytického leštění hliníkových materiálů připravených aditivní výrobou. Tento výzkum bude předně zaměřen na využití netoxického elektrolytu a nalezení optimálních parametrů procesu pro konkrétní materiál a požadované vlastnosti povrchu. Dále se bude výzkum zabývat vlivem předúpravy základního materiálu před aplikací epoxidového povlaku na kvalitu a vlastnosti výsledného organického povlaku.

Cílem výzkumu v oblasti projektování a řízení strojírenských výrob budou návrhy nebo optimalizace logistických a výrobních procesů a systémů s využitím nejen simulačních metod, ale také metodiky DOE pro řešení problémů s hlučnými díly. Dalším cílem bude také otázka využití prediktivní simulace jako jednoho z možných přístupů při řešení projektu WMS v distribučních skladech. Budeme se také věnovat otázce aplikace kamerového systému s využitím umělé inteligence ve výrobním procesu, jakožto učícího se systému pro detekci vad na vybrané výrobní lince pravých bočnic automobilu. Výzkum bude rovněž zahrnovat oblast inovačního managementu, logistiky, údržby, kapacitní plánování a zefektivnění systému řízení s využitím řady potřebných analýz a jejich ověření pomocí simulací v návaznosti na strojírenské podniky.

Výstupy:
Publikace v odborných časopisech (Technical Gazette, Acta Polytechnica, Manufacturing Technology, MM Science Journal, All for Power, Konstrukce apod.) a sbornících odborných konferencí indexovaných v uznávaných databázích (WoS, SCOPUS) nebo na uznávaných odborných národních konferencích – celkem 6x článek. Výstupy budou rovněž využity v disertacích a diplomových pracích studentů řešitelského týmu.

Harmonogram:
01/2024–02/2024 Rešeršní a studijní etapa (studium současného stavu poznání v jednotlivých dílčích oblastech projektu, přípravy vzorků a modelů pro experimentální práce na předmětných technologiích),

03/2024–04/2024 Příprava a návrh experimentů (vývoj metodik experimentů a numerických simulací v rámci jednotlivých výrobních technologií),

05/2024–08/2024 Provedení experimentálních zkoušek (vývoj a provedení jednotlivých experimentů vycházejících z cílů projektu),

9/2024–12/2024 Zpracování výsledků a příprava publikací (příprava výstupů jednotlivých dílčích projektů do publikací, diplomových prací, případně do nepublikačních výstupů).