Specifický výzkum moderních výrobních technologií pro udržitelnou ekonomiku

SP2023/088

Petrů Jana prof. Ing.et Ing.Mgr., Ph.D.

prof. Ing. Robert Čep, Ph.D.
prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D.
prof. Dr. Ing. Ivan Mrkvica
doc. Ing. Marek Pagáč, Ph.D.

01. 01. 2023 - 31. 12. 2023

Projekt bude svým zaměřením rozdělen do 4 ucelených částí, které na sebe logicky navazují a propojují se: 1) Návrh a výroba převodovky s excentricky-cykloidním převodovým mechanismem (odpovědný spoluřešitel prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D., prof. Ing. Robert Čep, Ph.D.) Projekt je zaměřen na návrh a výrobu funkční převodovky s excentricky-cykloidním převodovým mechanismem. Projekt se bude zaměřovat na technický a technologický návrh jednotlivých částí, zvláště pak na tvarově složité komponenty převodovky. Nejenom převodovka, ale i způsob výroby a vlastní výroba zmiňovaných tvarových komponent bude sloužit jako funkční prototyp a ukázky do výuky předmětů vyučovaných nejenom katedrou Obrábění, montáže a strojírenské metrologie, ale také ostatních kateder fakulty strojní. Praktická aplikace směřuje na využití v hydraulickém motoru. Cílem projektu je zapojit studenty do návrhu a výroby složitých mechanismů, které lze uplatnit v praxi. Tato převodovka s excentricky-cykloidním převodovým mechanismem se skládá s komplikovaných tvarových komponent, které budou navrhnuty, následně funkčně ověřeny pomocí 3D tisku, vyrobeny technologiemi obráběním, metrologicky analyzovány a nakonec ověřovány ve funkčním mechanismu. Jedná se zejména o spirálové kolo a šroubovité hřídele, které budou vyrobeny obráběním. Bude tedy proveden technologický postup výroby obráběním tvarové části převodovky a programování drah nástroje s využitím CAM systému WorkNC, případně MasterCAM. Cílem je vytvoření funkčního prototypu převodovky s ukázkami výroby stěžejních komplikovaných tvarových komponent. 2) Využití počítačové podpory a 3D tisku v konstrukci obráběcího nástroje (odpovědný spoluřešitel prof. Dr. Ing. Ivan Mrkvica) Obráběcí nástroj musí splňovat celou řadu podmínek. Především musí korespondovat s technologií, potřebnou pro dosažení požadovaných pohybů nástroje a obrobku pro dosažení výsledných parametrů výrobku, především s ohledem na tvar a rozměry. Pro hladký průběh obrábění pak musí nástroj vykazovat i příslušnou řeznou geometrii, přispívající k jeho dlouhé životnosti. Důležité je i upnutí nástroje do obráběcího stroje. Všechny tyto podmínky umožňuje splnit konstrukce nástroje s využitím počítačové podpory. Tělesa osových nástrojů, především pak fréz a nástrojů vrtacích, se dnes stále častěji zhotovují metodami 3D tisku. Snahou je nejen odlehčit tato tělesa, ale současně přivést procesní kapalinu bezprostředně k břitům. Otázkou zůstává, do jaké míry mohou tato 3D tělesa nahradit tělesa klasická co do pevnosti a jak se to projeví i v dalších parametrech procesu obrábění, jako jsou například opotřebení břitu a drsnost obrobeného povrchu ve srovnání s nástroji klasickými. Jedním z doprovodných aspektů obrábění je opotřebení obráběcího nástroje. Jeho měření, především u vyměnitelných břitových destiček sofistikovanějších profilů je obtížné. Správně navržený měřicí přípravek může toto měření zjednodušit a zpřesnit. Navržení vhodného nástroje pro výrobu čelního ozubeného kola s využitím vhodného softwaru. Pokusit se zevšeobecnit výpočet pro všechny předpokládané možnosti řešení. Navržení vhodného nástroje s tělesem vytvořeným aditivní technologií výroby a porovnání jeho vlastností s nástrojem klasicky vyrobeným. Porovnání bude provedeno i v souvislosti s parametry procesu, jako jsou silové zatížení nástroje případně vibrace při obrábění, průběh opotřebení nástroje a drsnost obrobeného povrchu. 3) Aditivní technologie a propojení výzkumu s praxí (odpovědný spoluřešitel doc. Ing. Marek Pagáč, Ph.D.) Projekt a jeho dílčí aktivity se budou zabývat výzkumem mechanických vlastností tištěných materiálů pro praktické využití a praktickými studiemi pro rozvoj aditivních technologií a postprocesních úprav. Projekt, rozdělený do dílčích aktivit, bude rozdělený a realizovaný studenty. První projekt se bude zabývat kustomizovanou výrobou obroučků brýlí pomocí moderních trendů konstruování. Druhý projekt se bude zabývat výrobou tištěného RC letounu. Třetí projekt bude zaměřený na výzkum mechanických vlastností oceli tištěné technologií Direct Energy Deposition. Výstupem budou případové studie, které budou využity pro prezentační účely, popularizaci a výuku specializace Aditivní technologie pro prezenční a kombinovanou formu studia. V případě výzkumu materiálových vlastností se předpokládá publikace v časopise s impakt faktorem v Q1/Q2. Cíle projektu jsou zřejmé z uvedených dílčích cílů projektu: • DP-1 Kustomizovaná výroba obrouček brýlí: Práce se bude zabývat reverzním inženýrstvím brýlí pro konkrétní osobu a pro účely konstrukce se využijí moderní trendy generativního designu a struktur vycházejících z přírodních tvarů. Záměrem je modifikovat a optimalizovat tvar obrouček, aplikovat na ně lattice strukturu nebo pozměnit jiné parametry ovlivňující mimo jiné vzhled a estetickou kvalitu. Výstupem bude případová studie, která bude využita pro prezentační účely, popularizaci a výuku specializace Aditivní technologie. • DP-2 3D tištěný model RC letounu Boeing B-17 Flying Fortress. Boeing B-17 se během svého životního cyklu vyráběl v několika různých modelových verzích a v průběhu druhé světové války dostával různou výzbroj a výkonnostní doplňky. Za projektem stálo na začátku hned několik zajímavých technických a konstrukčních výzev. Jelikož se jedná o čtyřmotorový bombardér, uvnitř letounu je nainstalována spousta zařízení, ke kterým musím mít přístup. Proto je důležité pečlivě navrhnout různé poklopy. Velký hlavní poklop je umístěný nahoře pro přístup k servomotorům a bateriím v trupu. Zadní poklop dole je nutný pro přístup k sestavě ocasního kola a k přípojkám ovládání směrovky/výškovky. Dále bylo nutné navrhnout poklop pod každou motorovou gondolu pro přístup k elektronickým regulátorům otáček, hlavnímu podvozku a přídavnému servu klapek. S bateriemi co nejdále vpředu je dokonale vyvážený bez přidané hmotnosti. Realizace projektu pomůže s inovací předmětů pro postprocesní úpravy modelů vyrobených 3D tiskem. Realizace projektu poskytne praktické znalosti a ukázku postupu modelování, barvení, montáž a testování RC letounu. Během realizace projektu budou pořízený videosekvence, které rozšíří možnosti distanční formy studia. Výstupem bude případová studie, která bude využita pro prezentační účely, popularizaci a výuku specializace Aditivní technologie. • DP-3 Výzkum mechanických vlastností oceli 316L vyrobené aditivní technologií Direct Energy Deposition: Dílčí projekt navazuje na probíhající multioborový výzkum na Katedře obrábění, montáže a strojírenské metrologie (346) v oblasti aditivních technologií se zaměřením na zpracování korozivzdorné oceli 316L technologií Direct Energy Deposition (DED) ve spolupráci s firmou 3Dwiser. Pro výrobu vzorků bude použita 3D tiskárna Meltio M450. DED vrství materiál ve formě drátu, který je taven paprskem laseru a nabízí pomyslný mezistupeň mezi profesionální (high-tech) a hobby technologií kovového 3D tisku. Záměr projektu bude spočívat ve výzkumu materiálových charakteristik vzorků vytištěných na zařízení Meltio M450. Budou provedeny destruktivní tahové zkoušky, vyhodnocení vrubové houževnatosti, tvrdosti, zkoumány makro a mikrostrukturní vlastnosti vytištěné slitiny. Zjištěnými poznatky výzkumu lze navázat na již provedený výzkum tištěné slitiny 316L jinými aditivními technologiemi a rozšířit jej o nové poznatky. V rámci komplexního porovnání mechanických a materiálových vlastností ovlivněných různými aditivními technologiemi výroby vznikne souhrnný ucelený soubor informací s přesahem nejen do výuky a praxe, ale i taková data, která lze publikovat v rámci periodika s IF. 4) Měření vibrací inteligentním nástrojovým držákem při obrábění (odpovědný spoluřešitel Ing. Jiří Kratochvíl, Ph.D.) Projekt je zaměřen na měření vibrací inteligentním nástrojovým držákem. V projektu ze zamýšleno zakoupit držák nástroje, který díky zabudovanému senzoru zrychlení poskytuje přesné hodnoty stability, které lze použít k optimalizaci procesů obrábění. V projektu je zamýšleno zakoupit investici „Inteligentní nástrojový držák pro měření vibrací“. Jedná se o nástroj pro zvýšení transparentnosti procesu obrábění, základní verze držáku nástrojů odesílá zachycená data přímo do dodávaného počítače Tablet PC. S verzí „easy connect“ lze naměřené hodnoty přenášet do jiných systémů přes analogové rozhraní. Předpokládaná cena činí cca 200 tis. Kč. včetně DPH: Jednotlivé části projektu na sebe úzce navazují a jsou propojeny. Členové řešitelského týmu mohou participovat na všech částech projektu.

prof. Ing.et Ing.Mgr. Jana Petrů, Ph.D.
prof. Ing. Robert Čep, Ph.D.
prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D.
prof. Dr. Ing. Ivan Mrkvica
doc. Ing. Marek Pagáč, Ph.D.
Ing. Akash Nag, Ph.D.
Ing. Jiří Kratochvíl, Ph.D.
Ing. Jiří Hajnyš, Ph.D.
Ing. Jakub Měsíček, Ph.D.
Ing. Lenka Čepová, Ph.D.
Ing. Ondřej Mizera, Ph.D.
Ing. Antonín Trefil, Ph.D.
Ing. Josef Hlavsa
Ing. Filip Kowalovski
Ing. Lukáš Smrček
Ing. Ondřej Ledvoň
Ing. Jiří Holouš
Ing. Radim Vlček
Ing. et Ing. Milan Matolák, Ph.D., MBA
Ing. Michal Průša
Ing. Petr Němeček
Ing. Jiří Vítek
Ing. Jakub Brezina
Ing. Radim Janeczko
Ing. Jan Jansa
Ing. Aneta Slaninková
Ing. Dominik Krišák
Bc. Michal Polcer
Bc. Ondřej Kaňuk
Bc. Pavel Janyška
Bc. Patrik Šalata
Ing. Robert Růžička
Ing. Radek Maceček
Bc. Milan Šperlich
Bc. Dominik Zdráhal
Bc. Vít Laštůvka
Bc. Jan Vaculík
Ing. Ondřej Juřena
Bc. Jakub Kuděla
Bc. Zdeněk Samiec
Ing. Michal Moťka
Ing. Roman Bláha
Ing. Tomáš Vaněk
Bc. Vojtěch Navrátil
Bc. Patrik Hon
Ing. Petr Hanák
Bc. Patrik Červenka
Bc. Filip Dočekal
Bc. Michal Kříž
Ing. Tomáš Dvořáček

Cílem tohoto projektu je provádět výzkum v oblasti inovativních technologií výroby zvyšováním užitných vlastností povrchu součásti jeho řízenou modifikací v návaznosti na kvalitu výsledné součásti.

Jako výstupy projektu v souladu s metodikou RVVI se předpokládají:
- min. 5 články v časopise s IF;
- min. 5 článků v časopise z databáze WoS (SCOPUS);
- 2 obhájené teze disertační práce;
- 2 obhájené disertační práce;
- 15 obhájených diplomových prací.

Harmonogram řešení projektu:
- leden až březen 2023 – návrh a plán experimentální činnosti;
- duben až červen 2023 – realizace experimentů;
- červenec až září 2023 – měření a vyhodnocení dat, ověření;
- říjen až prosinec 2023 – diskuze výsledků, prezentace výsledků, zhodnocení projektu.