PLZNI
N0715A270017
S :
DIPLOMOV
Autor: Bc. Jakub REINHART
Doc. Ing. , Ph.D.
rok 2020/2021
Fakulta strojní
Akademický rok: 2020/2021
ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE
(projektu, uměleckého díla, uměleckého výkonu)
Jméno a příjmení: Bc. Jakub REINHART Osobní číslo: S19N0118P
Studijní program: N0715A270017 Konstruování strojů a technických zařízení Studijní obor: Konstruování výrobních strojů a zařízení
Téma práce: 3D tiskárna na stavební hmoty Zadávající katedra: Katedra konstruování strojů
Zásady pro vypracování
Základní požadavky:
Cílem práce je konstrukční návrh jednoduchého „Design for cost“ stroje pro 3D tisk betono- vých směsí pro „tisk“ stavebních konstrukcí. Další částí řešení je výběr vhodného systému podávání materiálu pro tiskovou hlavu. U výsledného řešení provést komplexní hodnocení.
Základní technické údaje:
Technické parametry jsou uvedeny v příloze zadání.
Osnova diplomové práce:
1. Vypracování rešerše včetně systematického popisu funkce.
2. Vypracování rozboru technických parametrů.
3. Vypracování vybrané varianty řešení včetně výpočtového hodnocení.
4. Zhodnocení vybraného konstrukčního návrhu.
Forma zpracování diplomové práce: tištěná
Seznam doporučené literatury:
[1] HOSNEDL, S. A KRÁTKÝ, J.Příručka strojního inženýra.Brno: Computer Press, 1999 [2] ŘAŠA, J., ŠVERCL, J.:Strojnické tabulky. Scientia,Praha, 2004
[3] SHIGLLEY, J., E., MISCHKE, C., R., BUDYNAS, R., G.Konstruování strojních součástí.VUT v Brně, Brno, 2010
[4] MM Průmyslové spektrum: Konstrukce CNC obráběcích strojů.Praha, 2006
Podkladový materiál, výkresy, prospekty, katalogy apod. poskytnuté zadavatelem úkolu.
Vedoucí diplomové práce: Doc. Ing. Josef Formánek, Ph.D.
Katedra konstruování strojů Konzultant diplomové práce: Pavel Koreš
Hennlich, s.r.o.
Datum zadání diplomové práce: 16. října 2020 Termín odevzdání diplomové práce: 28. května 2021
Doc. Ing. Milan Edl, Ph.D.
děkan
L.S.
Prof. Ing. Václava Lašová, Ph.D.
vedoucí katedry
V Plzni dne 16. října 2020
diplomovou
podpis autora
AUTOR
Bc. Reinhart Jakub
PROGRAM N0715A270017
Doc. Ing. k, Ph.D. Josef
- FST - KKS
FAKULTA KATEDRA KKS ROK ODEVZD. 2021
CELKEM 63 27 32
o tisk
ZPRAVIDLA
SUMMARY OF DIPLOMA SHEET
AUTHOR Surname
Bc. Reinhart
Name
Jakub STUDY
PROGRAMME N0715A270017 Design engineering of machines and technical devices SUPERVISOR Surname (Inclusive of Degrees)
Doc. Ing. ,Ph.D.
Name
Josef INSTITUTION
- FST - KKS
TYPE OF WORK DIPLOMA BACHELOR Delete when not applicable TITLE OF THE
WORK 3D printer for building materials
FACULTY Mechanical
Engineering DEPARTMENT Machine
Design SUBMITTED IN 2021
NUMBER OF PAGES (A4 and eq. A4)
TOTALLY 63 TEXT PART 27 GRAPHICAL
PART
32
BRIEF DESCRIPTION
TOPIC, GOAL, RESULTS AND CONTRIBUTIONS
The diploma thesis contains the design of a 3D printer that uses a building material based on geopolymers for printing. The work contains the design of the machine frame and extrusion system for the used material. The print space is 2x3x2 meters. This 3D printer should be used for printing prefabricated peaces of buildings and decorations.
KEY WORDS 3D printer, 3D printer, geopolymer, building industry
Obsah
1 ...1
2 ...2
2.1 Technologie 3D tisku ...2
2.1.1 Metody tisku ...2
2.2 ...3
2.2.1 ...3
2.2.2 ...4
2.2.3 ...5
2.2.4 ...5
2.3 ...6
2.3.1 ...6
2.3.2 Mechanismus pohybu ...7
2.3.3 Pohon ...7
3 ... 11
3.1 ... 11
3.1.1 Geopolymer ... 11
3.2 ... 13
3.2.1 ... 13
3.2.2 ... 14
3.3 ... 18
3.3.1 ... 18
3.3.2 ... 20
3.3.3 ... 21
3.4 ... 25
3.4.1 V ... 25
3.4.2 ... 27
3.4.3 ... 29
3.5 ... 31
3.5.1 ... 31
3.5.2 ... 32
3.6 ... 34
3.6.1 ... 35
3.6.2 ... 35
3.6.3 ... 37
3.6.4 ... 39
3.6.5 ... 40
3.6.6 ... 40
3.6.7 ... 42
4 ... 45
5 Literatura ... 47
6 ... 49
7 ... 51
1
1
tisknout
V v
V
. V
alternativa
2
2
2.1 Technologie 3D tisku
2.1.1 Metody tisku SLS Selective
struktury www.eos.info [1]
SLA stereolitografie
3D Systems, USA, www.3dsystems.com [1]
ZCORP v
jek
Zcorporation, USA, www.zcorp.com [1]
LOM -
- Solido, Izrael, www.solido3d.com [1]
FDM -
-
-
- Dimension, USA, www.dimensionprinting.com [1]
FDM COLOR [1]
POLYJET MATRIX p
3 Objet, Izrael, www.2objet.com [1]
MULTI JET MODELING vosk
hlavami, d t
m modelu 3D systems, USA, www.3dsystems.com [1]
THERMOPLASTIC INKJET WITH MILLING vosku
Solidscape, USA, www.solid-scape.com [1]
DIGITAL LIGHT PROJECTION
EnvisionTEC, www.envisiontec.de [1]
2.2
2.2.1
je v jednoduchosti a v [2]
1 [2]
4 2.2.2
Princip je ve m
m em
Rotor j v
rotorem jeho posuvu jako u obvykle a
t [3]
samostatn , kter
ka.
[3]
2 [4]
5 2.2.3
em ,
kapalinu
[5]
3 [5]
2.2.4
apevno uchycen hadic je za chodu
mechanismem . Ten
na vstupu
liny. e
neobsahuje ,
hadice. [6]
4 [6]
6
2.3
2.3.1
volnosti. V [7]
[7]
[7]
2.3.1.1
je jedna plocha z
[7]
[7]
Jeden z
[7]
2.3.1.2
recyklaceBez
7 2.3.2 Mechanismus pohybu
2.3.2.1
i
. [8]
hladk a ozuben
. V
k [8]
Pro aplikaci v [8]
2.3.2.2
jeho
realizaci. a
[8]
2.3.2.3 K
mus k
[8]
V Z
matic lze pohledu
[8]
2.3.3 Pohon 2.3.3.1 Kr
rotor uveden do pohybu. Driver [9]
8
jednom
energie, v
, [9]
, [9]
5 [9]
9 2.3.3.2 Servomotory
Servomotor je ve sv
[10]
Tyto dva prvky
[10]
6 [10]
10 Princip fun
gie na rotor. [10]
7 a [10]
[10]
11
3
3.1
m o
je 3D t byla, , co
s
3.1.1 Geopolymer
kontaktu Po
i ,[SiO(OH)3] a [SiO2(OH)2]2 iont . [11]
p 4] , [SiO2(OH)2]2 a
[SiO(OH)3] p i
reak uvnit gelu. Doba pot
gelu zna n
pokra uje v uspo k
kone
vlastnosti. [11]
Mechanismus geopolymerace je lit na t
polykondenzace
(1) po
perioda, p i kter
12
a pom
[11]
trojrozm r - Si O Al O -
Si O Al O Si O - Si O Al O Si O Si O ) a
- -oxoaluminate. et zec
4 a AlO4 tetraedr st (Na+, K+, Li+, Ca2+, Ba2+, NH4+ a H3O+) ve struktu [Al(OH)4] . [11]
tlaku, ta Beton
x 150 x 150 mm Pevnost v
Geopolymer
x 20 x 100 mm [11]
Pevnost v 15,5 MPa [11]
13
3.2
3.2.1 3.2.1.1
m.
hadici
, , nedojde
k
rpadla.
8
3.2.1.2 V
14
trysky.
9
3.2.2 3.2.2.1
a a
15
10
na provoz.
s
kontaktu ramene s i.
3.2.2.2 Cube konstrukce V
kostky.
Z
3.2.2.2.1 Osa Z
V e o . M
je spojen
s ,
16
11 Cube konstrukce s v
o
V lon
3.2.2.2.2 Osa Z
str
a cel
17
12
18
3.3
3.3.1
vy
motorech osy Z
s osy
13
19
14
15
v
20
ami. V ,
v
16 r
3.3.2
. Servomotory pro osu Z jsou vybaveny statickou brzdou, kter a
vybavena na
s dotykovou
, nebo automatick
21 3.3.3
tiskovou
Z
h
z katalogu na
.
17
22
18
19 pohled
23
20
e uje
21 matice
24
22
25
3.4 ty
mez kluzu 230 MPa.
komponenta
3.4.1
kter
Kde:
-]
d
[kg/m3]
w [m/s]
l [m]
viskozitu. 3 0125 m2/s.
K tat
tat rychlost
a = 35 b
je v = 150 mm/s. Z sekundu:
26 d = 25 mm
(2)
vztahu:
Kde:
w d
2/s]
Z
oblast
27
V (1),
3.4.2 V
y
Kde:
p1
r1
r2
28 Z
pou
V
(3) (4) :
V
29 3.4.3
motoru s
4,5 1000 ot/min
5
Kde:
P n i
modulu krutu:
30
Po (1) (2) (3) (4)
31
3.5 stroje
Pro z
v vrstvy .
v objektu.
, nebo je pro tento
3.5.1 V
3.5.1.1
23
32 3.5.1.2
kontaktu s
24 Princip h
3.5.2
tvary.
25
33
26
34
3.6
Tento no cube konstrukce s 750
mm v ose X, 750 mm v ose Y a 400 mm v ose Z.
27
35
28
3.6.1
nci diskusi s
dojde k konstrukce a dojde k
. 3.6.2
Samo
5 mm a rychlost tisku 150 mm/s
36 ,
,
,
29
37
30
3.6.3
k
To
infor
s
38
31
32
tomto testu byla
Na povrchu tisku vznikly bublinky a v k
39 3.6.4
onzultace s
.
budoucnu
plastu ABS.
33
34
40
35
3.6.5
, 25 mm na 35 mm.
3.6.6
k
z 25 mm na 20 mm.
41
36
V
tak k V
z
konce trysky.
42
37
38
3.6.7 ny
bude
43
kabelov instalac
39
40
44
41
42
45
4
v o
s
k
estaven
tisku v
p
vzniku prasklin v V
46 V
a u dru
V liv tvaru
v
Po e v
47
5 Literatura
[1]
[2] P. Kantert, Manual for Archimedean Screw Pump: Adviser and Decision Guidance for Planners, Owners and Decision-Makers, Hirthammer, 2008.
[3]
https://www.mmspektrum.com/clanek/technicke-reseni-vretenovych-
[4] -
[Online]. Available: https://automatizace.hw.cz/principy-prumyslovych-cerpadel-8dil- vretenova-cerpadla.
[5] -
[Online]. Available: https://automatizace.hw.cz/principy-prumyslovych-cerpadel-6dil- pistova-
[6] -
[Online]. Available: https://automatizace.hw.cz/principy-prumyslovych-cerpadel-7dil- hadicova-
[7] -
15 11 2020].
[8] -
[9]
[10] -
48 [11] M.
2012.
49
6
...3
...4
...5
...5
...8
...9
... 10
... 13
... 14
... 15
... 16
... 17
... 18
u s osou Z ... 19
... 19
... 20
... 21
ky ... 22
... 22
... 23
matice ... 23
... 24
... 31
... 32
... 32
... 33
... 34
... 35
... 36
... 37
... 38
... 38
50
... 39
... 39
... 40
... 41
... 42
... 42
... 43
... 43
... 44
... 44
51
7
trysky
matice
DRAWN CHECKED ENG APPR MGR APPR
UNLESS OTHERWISE SPECIFIED DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS
ANGLES ±X.X°
2 PL ±X.XX 3 PL ±X.XXX NAME
Reinhart
DATE
05/23/21 Solid Edge
TITLE
TRYSKA
SIZE
A3
DWG NODP2021 - 1
REV0
FILE NAME: TRYSKA.dft
SCALE: WEIGHT: SHEET 1 OF 1
14
90 10 0
A
A
REZ A-A
32 O
50 O 10
31 50
25°
10 O
89
+0,50O
72 O G1 1/4
R 5
MATERIAL TRYSKY: OCEL S235J2G3
DRAWN CHECKED ENG APPR MGR APPR
UNLESS OTHERWISE SPECIFIED DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS
ANGLES ±X.X°
2 PL ±X.XX 3 PL ±X.XXX NAME
Reinhart
DATE
05/23/21 Solid Edge
TITLE
STAHOVACI PRIRUBA
SIZE
A3
DWG NODP2021 - 2
REV0
FILE NAME: STAHOVACI PRIRUBA.dft
SCALE: WEIGHT: SHEET 1 OF 1
A
A REZ A-A
210 O
100 O
36
6
1 X 45 °
R 1
O 36,5
±0,25
M10
MATERIAL PRIRUBY: OCEL S235J2G3 73
O
90 O
21
25
R 0,5
O 150 ±0, 5
O 89 ±0 ,25
DRAWN CHECKED ENG APPR MGR APPR
UNLESS OTHERWISE SPECIFIED DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS
ANGLES ±X.X°
2 PL ±X.XX 3 PL ±X.XXX NAME
Reinhart
DATE
05/23/21 Solid Edge
TITLE
MATICE
SIZE
A4
DWG NO
DP 2021 - 3
REV
0 FILE NAME: MATICE.dft
SCALE: WEIGHT: SHEET 1 OF 1
A
A REZ A-A
45 30
M20
2 X 45°
1 X 45°
O 35
41
MATERIAL MATICE: OCEL S235J2G3
DRAWN CHECKED ENG APPR MGR APPR
UNLESS OTHERWISE SPECIFIED DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS
ANGLES ±X.X°
2 PL ±X.XX 3 PL ±X.XXX NAME
Reinhart
DATE
05/23/21 Solid Edge
TITLE
PODLOZKA
SIZE
