Aditivní technologie ve slévárenství (FSI-PTS)

Akademický rok 2022/2023
Garant: Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚST všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Předmět seznamuje studenty s přípravou a použitím dat potřebných pro 3D skenování modelů a odlitků, pro potřeby numerických simulací a virtuálního inženýrství. Studenti se seznámí se základními metodami a principy technologií RAPID PROTOTYPING (RP), včetně postupů reverzního inženýrství (RE). Získají znalosti vybraných moderních technologií výroby odlitků a metod řízení procesů s aplikací zásad průmyslu 4.0. Naučí se postupy a metody povrchových úprav modelů pro RP, forem a odlitků a budou seznámeni s metodami kontroly rozměrové a tvarové přesnosti a metodami metalografického a fázového hodnocení materiálu odlitku. Součástí bude i získání znalostí o skladbě výrobních nákladů a ekonomie slévárenské výroby.
Výstupy studia a kompetence:
Studenti získají znalosti a dovednosti z oblasti návrhu tvorby 3 D modelu, metod rychlého prototypování (RP), využívání výpočetní techniky pro 3D měření (skenování), numerické simulace slévárenských pochodů atd. 5ízení procesů ve vybraných slévárenských technologiích včetně kontroly jakosti a skladby a řízení výrobních nákladů v prototypové a sériové výrobě.
Prerekvizity:
Základní znalosti z oboru materiálového inženýrství a fyzikální základy a matematické základy nezbytné pro další inženýrskou praxi.
Obsah předmětu (anotace):
Základy metod práce a zpracování dat, tvorba CAD modelu a 3D výkresu pro odlitky a modely vyrobené metodou RP. Rozdělení a základní principy metod RP. Vybrané slévárenské technologie a počítačová podpora výroby forem a modelů včetně metod jejich měření (scanování) a oprav (svařování, povrchové úpravy atd.). Skladba a rozdělení výrobních nákladů a ekonomie výroby prototypových odlitků.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna cvičením s využitím počítačové podpory, CAD modelováním a aplikací numerických simulací slévárenských procesů a laboratorním cvičením v metalografické laboratoři.
Způsob a kritéria hodnocení:
Zápočet se uděluje za aktivní účast na cvičeních. Pro zkoušku obdrží posluchači seznam otázek, které shrnují probranou látku. Zkouška je ústní s písemnou přípravou.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na přednáškách je doporučená. Účast na cvičení je povinná. Pochopení přednášené látky je kontrolováno ve cvičeních. Vedoucí cvičení zadává studentům samostatnou práci. Nahrazení zameškaných hodin projedná student s garantem předmětu.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  13 × 3 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Slévárenská výroba – rozdělení výrobních technologií, informační a technologické toky ve slévárnách, metody sběru a analýzy dat a informací z výrobních procesů.
2. CAD modelovaní – principy, metody a nástroje pro zhotovení 3D výkresů modelů pro metody RP a numerické simulace.
3. Metody reverzního inženýrství.
4. Virtuální inženýrství a průmysl 4.0.
5. Využití metod virtuální reality v inženýrské praxi.
6. Aditivní technologie - metody Rapid Prototyping (RP) – rozdělení metod RP, principy jednotlivých metod.
7. Technologie 3D tisku kovových materiálů
8. Metody RP vhodné pro slévárenskou praxi, příklady použití, dosažitelné parametry.
9. Vybrané slévárenské technologie pro použití metod RP a průmyslu 4.0 – metoda přesného lití na vytavitelný model, technologie tlakového lití a vybrané metody gravitačního odlévání do pískových forem.
10. Aplikace robotů a robotických pracovišť u vybraných výrobních technologií tlakového a nízkotlakého lití.
11. Povrchové úpravy modelů pro RP, povrchové úpravy forem pro vybrané moderní technologie, opravné svařování, metoda Cold Spray.
12. Hodnocení struktury a vlastností odlitku – metalografické hodnocení struktury a vlastností odlitku, NDT kontrola odlitků
13. Náklady na výrobu odlitků – skladba a kalkulace nákladů, predikce a řízení nákladů pro prototypovou a sériovou výrobu odlitků
    Laboratorní cvičení 1. - 3. Tvorba 3D modelu odlitku a modelu odlitku v softwaru Solid Works
4. Tvorba numerických sítí 3D výkresů, příprava pro numerické simulace
5. - 8. Numerické simulace výrobních procesů při výrobě odlitku – simulace plnění, chladnutí a tuhnutí, simulace deformací a vnitřní napjatosti
9. - 11. Výroba 3D modelů, výroba forem a odlévání odlitků
12. - 13. Kontrola jakosti odlitků, NDT kontrola a metalografické hodnocení struktury materiálu odlitků
Literatura - základní:
1. FORD, S., MINSHALL, T. Invited review article: Where and how 3D printing is used in teaching and education. Additive Manufacturing. Volume 25, January 2019, Pages 13 -150. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.10.028
2. GIBSON, I., D. W. ROSEN a B. STUCKER. Additive manufacturing technologies: rapid prototyping to direct digital manufacturing. New York: Springer, c2010. ISBN 1441911200
3. MITCHELL, A. LAFONT, U., HOŁYŃSKA, M.,SEMPRIMOSCHNIG, C. Additive manufacturing - A review of 4D printing and future applications. Additive Manufacturing, Volume 24, December 2018, Pages 606-626. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.10.038
4. WANG, W., STAL, H. W., CONLEY, J. G. Rapid Tooling Guidelines For Sand Casting, Springer, 2010 ISBN 978-1-4419-5730-6.
5. CAMPBELL, J. Casting, Butterworth-Heinemann, Oxford, 2000, ISBN 0 7506 1696 2.
6. KAUFMAN, H. UGGOWITZER, P. J. Metalurgy and Processing of High-Integrity Light Metal Pressure Castings. Schiele-Schön, 2007, Berlin. ISBN 3-7949-0754-X
7. BOLONO, F., ODORIZZI, S. Numerical simulation of Foundry Processes, Program Leonardo da Vinci, 2001
8. Herman, A. a kol. Počítačové simulace ve slévárenství, Vydavatelství ČVUT, 2000
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 5 Povinný 1 1 L
N-SLE-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 5 Povinný 2 1 L