Konstruování a 3D tisk (FSI-6KM)

Akademický rok 2024/2025
Garant: prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚK všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Typ předmětu: oborový předmět
Cíle předmětu:

Absolventi budou schopni zvládnout celý návrhový proces, modelovat díly a sestavy v CAD softwaru Solidworks a to s ohledem na výrobu pomocí 3D tisku nebo pomocí laserového řezání. Zároveň získají přehled mechanismů a hnacích strojů a jejich praktického užití a také přehled technologií a procesů spojených s digitální výrobou.

  • Znalost principu, konstrukce a užití základních druhů mechanismů a hnacích strojů.
  • Schopnost tvůrčího využití znalostí při návrhu i realizaci nových strojů a zařízení.
  • Získání potřebných dovedností v oblasti digitální výroby, zejména 3D tisku plastových dílů a jejich dimenzování pro technologii Fused Filament Fabrication a také praktické zkušenosti v oblasti 3D modelování strojních dílů, které budou ověřeny na vyrobených zařízeních.
  • Schopnost práce s parametrickými modely a s tím spojené efektivní navrhování a zpracování různých variant konstrukčního řešení. Uplatnění těchto zkušeností při konstrukční práci, tvorbě virtuálních modelů při řešení semestrálních projektů, diplomových a bakalářských prací a při realizaci prototypů.
  • Praktické zkušenosti s 3D tiskem, jakožto rychle se rozvíjející oblastí, rozšíří konkurenceschopnost na trhu práce.

Výstupy studia a kompetence:
 
Prerekvizity:

Znalosti z kinematiky (kinematické vyšetřování mechanismů), dynamiky (dynamika soustavy těles, vyvažování) a konstruování strojů (spojovací součásti, převody, spojky, setrvačníky) na úrovni bakalářského studijního programu zaměřeného na strojírenství. 
Obsah předmětu (anotace):

Předmět zprostředkovává jak teoreticky, tak i prakticky celý proces od myšlenky k prototypu. Studenti se seznámí s konstrukčním a návrhovým procesem, inženýrským myšlením a digitálním prototypováním prakticky realizovaným především pomocí CAD modelování, aditivní výroby a kompletní realizace a otestování soutěžního funkčního zařízení. K tomu bude studentům k dispozici zázemí a vybavení strojLABu konstruování. Předmět integruje poznatky získané v teoretických předmětech bakalářského studia strojního inženýrství, zejména v konstruování, výpočtech a návrhu částí a mechanismů strojů a rozšiřuje je o realizaci pomocí digitálních výrobních technologií.

 
Metody vyučování:
 
Způsob a kritéria hodnocení:

Podmínky získání klasifikovaného zápočtu:

  • Samostatně vymodelovaný příklad v Solidworksu (min. 10 z 20 bodů).
  • Vypracování semestrálního projektu, který bude řešený v týmech 3-5 studentů. Projekty budou zaměřeny na vytvoření virtuálního a funkčního modelu zařízení splňujícího předepsané parametry a závěrečná prezentace vytvořeného zařízení (min. 40 z 80 bodů).

Výsledná klasifikace se určí podle stupnice ECTS.

Přednášky: účast je dobrovolná.

Cvičení a laboratoře: účast je povinná a kontrolovaná vyučujícím. Povolují se maximálně dvě absence. V případě dlouhodobé nepřítomnosti je náhrada zameškané výuky v kompetenci garanta předmětu.

Při účasti na cvičeních je nezbytné, aby měl každý student svůj vlastní notebook.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
 
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  6 × 2 hod. povinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  7 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Úvod – proces konstruování.
2. Design Thinking – způsob myšlení používaný inženýry pro návrh produktu.
3. Koncept a prototyp – specifikace problému, vytvoření a prezentace konceptu, typy prototypů, výpočty a návrh modelu.
4. Mechanismy 1 – přehled základních mechanismů a s tím spojených výpočtů.
5. Mechanismy 2 – přehled základních mechanismů a s tím spojených výpočtů.
6. Poddajné mechanismy – moderní alternativa ke klasickým sestavovaným mechanismům.
7. CAD a jeho možnosti – CAD nástroje, formáty, reprezentace těles, algoritmické modelování a generativní design.
8. 3D tisk – přehled technologií (polymery).
9. 3D tisk – přehled technologií (kovy a ostatní).
10. 3D tisk – návrh dílů a sestav pro 3D tisk.
11. Digitální výroba a budoucí trendy – nástroje využívané (nejen) FabLaby (nejen) pro výrobu prototypů.
12. 3D skenování a reverzní inženýrství – moderní způsob získání dat pro výrobu.
13. Shrnutí probírané látky, exkurze k aditivním technologiím.
    Laboratorní cvičení 1. 3D tisk – seznámení a zaškolení
2. Laserová řezačka – seznámení a zaškolení
3. 3D tisk dílů
4. Zpracování vytištěných dílů
5. Sestavení prototypu
6. Testování prototypu
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Úvod do předmětu, zadání projektů; Solidworks – náčrt, modelování dílů
2. Solidworks – modelování sestav
3. Koncept projektu
4. Solidworks – parametrizace, pokročilé modelování
5. Solidworks – animace
6. Solidworks – testový příklad
7. Prezentace – obhajoba projektu
Literatura - základní:
1. NORTON, Robert L. Design of machinery: An introduction to the synthesis and analysis of mechanisms and machines. 5th ed. New York: McGraw-Hill, 2011. ISBN 00-774-2171-X.
2. Ulicker, J. J., Pennock, R., Shigley, J. E.: Theory of machines and mechanisms. Oxford University Press, 5rd edition, 2017, ISBN-13: 978-0190264505
3. FRANCE, Anna Kaziunas. Make: 3D printing. Sebastopol: Maker Media, 2013, xv, 213 stran : ilustrace (převážně barevné). ISBN 978-1-4571-8293-8.
4. GEBHARDT, Andreas, Julia KESSLER a Laura THURN. 3D printing: understanding additive manufacturing. 2nd edition. Munich: Cincinnati: Hanser Publishers ; Hanser Publications, 2019, xvi, 204 stran : ilustrace ; 24 cm. ISBN 978-1-56990-702-3.
Literatura - doporučená:
3. WILSON, Charles E. a Peter J. SADLER. Kinematics and dynamics of machinery. 3rd ed. Upper Saddle River: Pearson Education International Inc., 2003. ISBN 02-013-5099-8.
4. FRANCE, A. K. Make: 3D Printing: The Essential Guide to 3D Printers. 1st ed. Maker Media, Inc., December 13, 2013. ISBN 978-1457182938
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B-PDS-P prezenční studium --- bez specializace -- kl 4 Povinný 1 3 Z
B-ZSI-P prezenční studium STI Základy strojního inženýrství -- kl 4 Povinně volitelný 1 3 Z
C-AKR-P prezenční studium CZS Předměty zimního semestru -- kl 4 Volitelný 1 1 Z