Vizitka akademického pracovníka

Fotografie Ing. Bc. Karel Dvořák, Ph.D.
Jméno a příjmení Ing. Bc. Karel Dvořák, Ph.D.
Status Akademický pracovník
Pracoviště Katedra technických studií
Pracovní zařazení odborný asistent
Telefon +420 567 141 119
E-mail karel.dvorak@vspj.cz
Místnost 3N014

Konzultační hodiny

Den Čas Poznámka
pátek
10:00 - 11:00

Publikační činnost

Článek v databázi SCOPUS

2019

Dvořák, K., Zárybnická, L., & Dvořáková, J. (2019). Quality Parameters of 3D Print Products by the DMLS Method. Manufacturing Technology, 19(2), 209-215. doi: 10.21062/ujep/271.2019/a/1213-2489/MT/19/2/209

Ostatní odborné články v recenzovaných periodikách

2019

Smrčka, F., & Dvořák, K. (2019). PŘEDPOVĚĎ POČASÍ POMOCÍ METEOROLOGICKÉ STANICE NA VYSOKÉ ŠKOLE POLYTECHNICKÉ JIHLAVA. LOGOS POLYTECHNIKOS, 2018 - 9(4), 17-30.
Dvořák, K., & Dvořáková, J. (2019). Přístupy k přípravě dat pro 3D tisk. LOGOS POLYTECHNIKOS, 2018(4), 4-15.

2017

Zárybnická, L., & Dvořák, K. (2017). Optimalization of Parameters for 3D Print For Acrylonitrile - Butadiene - Styrene by Fused Deposition Modelling. International Research Journal of Engineering and Technology, 4(8), 1056-1058.
Smrčka, F., & Dvořák, K. (2017). Meteorologická měření na VŠPJ. LOGOS POLYTECHNIKOS, 8(4), 80-94.

Článek ve sborníku v databázi SCOPUS

2017

Dvořák, K. (2017). 3D model preparing for rapid prototyping by FDM method. In 8th International Conference on Mechanical and Aerospace Engineering, ICMAE 2017 (25-29). Prague: IEEE. doi: 10.1109/ICMAE.2017.8038611

2016

Dvořák, K. (2016). Modeling strategy of freeforms on the basis of qualitative analysis. In 2016 7th International Conference on Mechanical and Aerospace Engineering (ICMAE) (295-299). London: IEEE Press. doi: 10.1109/ICMAE.2016.7549553

Článek ve sborníku v databázi Conference Proceedings Citation Index (Web of Science)

2015

Dvořák, K. (2015). CAD VISUALISATION IN ENGINEERING EDUCATION. In Efficiency and Responsibility in Education 2015 (89-95). Praha: CZU.

Ostatní články ve sbornících

2016

Dvořák, K., Bílek, M., & Dvořáková, S. (2016). Free form surface modeling and analysis. In WSCG 2016 Posters Proceedings (17-20). Plzeň: UNION Agency.

2015

Dvořák, K. (2015). Reducing risks of virtual prototypes in the product lifecycle management. In Selected Risks of Business Processes (6-16). Praha: ČVUT.
Dvořák, K. (2015). Integrace CAx technologií do výuky dle požadavků průmyslové praxe. In Trendy a technologie 2015 (138-144). Jihlava: VŠPJ.

Článek v databázi Emerging sources citation index (ESCI)

2018

Dvořák, K., & Zárybnická, L. (2018). Influence of the 3D Model and Technological Parameters on the Mechanical Properties of Fused Deposition Modeling 3D Products. International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research., 7(4), 415-421. doi: 10.18178/ijmerr.7.4.415-421

Projekty

Dotační titul

Externě financované projekty

Vývoj výškově stavitelné toalety

Upravit 01. 01. 2019 - 31. 12. 2020

Cílem projektu je vývoj výškově stavitelné toalety pro osoby s omezenou pohyblivostí. V rámci projektu je řešený návrh, ověření ve fázi návrhu, výroba prototypu a testování prototypu. Mechanická fáze představuje tvorbu 3D modelů na základě předložené 2D dokumentace a provedení výpočtů pro konstrukční řešení. Fáze řízení představuje vývoj řídícího systému pro obsluhu a diagnostiku zařízení.

Vedoucí projektu: Ing. Bc. Karel Dvořák, Ph.D.

Celková částka: 953260 CZK

Dotační titul: Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO), program TRIO

Partneři: DOMKAT, s.r.o.

Interní grantová soutěž

Výzkum parametrů pro topologickou optimalizaci 3D tiskové součásti

Upravit 01. 01. 2019 - 31. 12. 2020

Popis projektu

Anotace

Hlavním cílem projektu je výzkum mechanických vlastností součástí z kovového materiálu, vyrobených aditivní technologií – 3D tiskem metodou DMLS – Direct Metal Laser Sinetering. Princip metody spočívá ve spékání prášku z definovaného kovového materiálu lasserovým paprskem ve vrstvách. Principem uvedené technologie je vnitřní struktura součásti odlišná od struktury součásti identického materiálu, vyrobené technologií odlévání, nebo tváření. Tváření a odlévání zajišťují součásti spíše izotropní mechanické vlastnosti v důsledku rovnoměrně rozloženého velkého množství krystalů. Izotropie představuje všesměrově stejné vlastnosti. 3D tiskové technologie vytvářejí ze své podstaty odlišné struktury, závislé na orientaci výrobku v komoře vzhledem k nástroji, který u metody DMLS představuje generátor laserového paprsku. Výhoda výrobních nasazení aditivních technologií spočívá především v rychlém dosažení výsledného výrobku akceptovatelné jakosti z hlediska rozměrové a tvarové přesnosti. Příprava výroby je minimálně závislá na tvarové složitosti, na rozdíl od „tradičních“ technologií. Funkční spolehlivost je určena mechanickými vlastnostmi, u kterých se předpokládá závislost na vnitřní materiálové struktuře ovlivněné orientací modelu při výrobě. Topologická optimalizace představuje návrh optimálního tvaru součásti splňující vstupní okrajové podmínky, spočívající v definovaných rozměrech a vnějším zatížení v souladu s funkcí součásti. Výsledkem je efektivní tvar odpovídající vstupním parametrům. V souvislosti s aditivními technologiemi se současně minimalizuje objem materiálu a lze se přiblížit s velkou přesností výslednému tvaru.

 

Zdůvodnění

Aditivní technologie představují dynamicky se rozvíjející oblast výrobních procesů s technologickými specifiky. Jde o relativně mladou problematiku, řešenou na výzkumné úrovni, což dokazuje v porovnání s ostatními výrobními technologiemi i zatím poměrně malý, ale rostoucí počet publikačních výstupů různé úrovně vzhledem k dané problematice. Současně je o výsledky výzkumu zájem i v komerční sféře na výzkumně-vývojové a výrobní úrovni. Výsledky plánovaného výzkumu by měly vést k zvýšení efektivity 3D tisku, spočívající ve zvýšení funkční využitelnosti součástí vyrobených danou metodou a ke snížení materiálových nároků a s tím souvisejícím snížením ceny relativně nákladné výroby. VŠPJ disponuje infrastrukturou pro přípravu dat k výrobě výzkumných vzorků a reálných součástí a pro experimentální měření a testování vzorků.

 

Měřitelné cíle projektu a jejich stručný popis

Realizovaným výzkumem jsou ověřeny vlastnosti vzorků a zahrnutí výsledků pro optimalizační výpočty při návrhu konstrukčního řešení. Výzkum je zaměřený především na materiály Inconell a Bronz. Vzhledem k nasazení materiálu Inconell ve vysoce zátěžových aplikacích jsou ověřovány mechanické vlastnosti vnitřní struktury změněné metodou spékání tenkých vrstev lasserovým paprskem. Tabelované získané parametry a simulační modely na základě topologické optimalizace jsou východiskem pro vývoj vysoce mechanicky a tepelně zatěžovaných dílů, např. pro letecký průmysl. Vybrané výsledky a postupy topologické optimalizace na základě zjištěných výsledků budou publikovány, případně nabídnuty potenciálním výzkumným partnerům pro následnou aplikačně výzkumnou spolupráci.

 

Plánované výstupy projektu:

1 – Zaslání 2x článek do odborného časopisu, indexovaného v db Scopus, nebo WoS.

2 – Zaslání 1x článek do odborného časopisu s impakt faktorem.

3 – Rozšíření knihovny referenčních 3D dat, dokumentace a materiálů pro účely následného výzkumu a výuky.

4 – Vytvoření perspektivy spolupráce s průmyslovými subjekty v oblasti aplikace aditivních technologií.

 

Charakteristika výchozího stavu

Aktivity navazují na dříve řešené projekty, zaměřené na problematiku přípravy CAD dat v souvislostech s následnými výrobními technologiemi a na výzkum funkčních a technologických vlastností 3D tiskových výrobků z polymerních, ocelových a titanových materiálů. K uvedené problematice jsou v předchozím období vydané následující vybrané publikační výstupy:

 

Dvořák, K., & Zárybnická, L. (2018). Influence of the 3D Model and Technological Parameters on the Mechanical Properties of Fused Deposition Modeling 3D Products. International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research., 7(4), 415-421. doi: 10.18178/ijmerr.7.4.415-421

 

Zárybnická, L., & Dvořák, K. (2017). Optimalization of Parameters for 3D Print For Acrylonitrile - Butadiene - Styrene by Fused Deposition Modelling. International Research Journal of Engineering and Technology, 4(8), 1056-1058.

 

Dvořák, K. (2017). 3D model preparing for rapid prototyping by FDM method. In 8th International Conference on Mechanical and Aerospace Engineering, ICMAE 2017 (25-29). Prague: IEEE. doi: 10.1109/ICMAE.2017.8038611

 

Dvořák, K. (2016). Modeling strategy of freeforms on the basis of qualitative analysis. In 2016 7th International Conference on Mechanical and Aerospace Engineering (ICMAE) (295-299). London: IEEE Press. doi: 10.1109/ICMAE.2016.7549553

 


 

Použité metody a nástroje

Tvorba 3D digitálních modelů, tiskových predecessorů a příslušné analýzy referenčních výzkumných vzorků jsou realizovány v CAx (CAD, CAE) aplikaci Siemens NX 11, 12, který je na KTS VŠPJ k dispozici v dostatečném počtu licencí pro výukové a výzkumné účely.

Tisk vzorků metodou DMLS probíhá smluvně dle dohody s dodavatelem.

Příprava ISO – G kódů tiskových postprocessorů pro vlastní kontrolní a srovnávací tisk nových vybraných polymerních materiálů je realizována v nástrojích Slice3r a Cura Ultimaker .

Tisk srovnávacích vzorků metodou FDM je realizován na tiskárnách Průša I3 plus a Ultimaker 3, které jsou k dispozici v laboratořích KTS.

Experimentální zkoušky vzorků probíhají v laboratoři experimentálních měření a v laboratoři výrobních procesů. Ke zkouškám jsou využita zařízení Instron, měřidla a přípravky v rámci vybavení laboratoří.

Povrchové charakteristiky jsou zkoumány s pomocí výkonného opto-digitálního mikrospkopu Keyence VHX-6000, který je součástí vybavení laboratoře experimentálních měření.

Zpracování a publikování dat bude probíhat prostřednictvím běžně dostupného SW, který je součástí SW standardu VŠPJ (MS Excel, Word).

 

Popis plánovaných aktivit v průběhu projektu:

Projekt je realizován v následujících hlavních fázích:

-        Příprava 3D CAD dat zkušebních vzorků ve tvaru standardizovaných těles a reálných výrobků.

-        Příprava výkresové dokumentace pro ověření rozměrů a vstupních parametrů pro kontrolní analytická řešení.

-        Příprava tiskových predecessorů a preprocessorů pro tisk metodou DMLS a FDM.

-        Tisk vzorků dle predecessorů.

-        Měření mechanických vlastností vzorků – zkušebních těles a vybraných parametrů na reálných součástech.

-        Zpracování a vyhodnocení dat, zahrnutí výsledků do výpočetních metod.

-        Ověření optimalizovaných návrhů CAE simulací.

-        Tisk optimalizovaných součástí.

-        Měření mechanických vlastností optimalizovaných součástí.

-        Publikování výsledků.

-        Tvorba postupů návrhu topologicky optimalizované součásti.

Rozšíření a doplnění manuálu 3D tisku pro potřeby výzkumu, výuky, řešení projektů a tisk produktů pro třetí strany.

 

Časový plán řešení projektu:

1 / 2019 – Zahájení řešení projektu.

2 – 3 / 2019 Příprava referenčních 3D dat a související dokumentace.

4 – 6 / 2019 Tisk zkušebních vzorků, příprava simulačních modelů.

7 – 8 / 2019 Měření a vyhodnocení standardizovaných zkušebních těles.

9 – 10 / 2019 Příprava optimalizovaných modelů, publikování první skupiny výsledků.

11 – 12 / 2019 Tvorba optimalizovaných modelů a související dokumentace.

1 – 2 / 2020 3D tisk sady optimalizovaných vzorků.

3 – 4 / 2020 Měření a vyhodnocení optimalizovaných těles.

5 – 6 / 2020 Optimalizace výpočetních a simulačních metod.

7 – 10 / 2020 Publikování druhé skupiny a souhrnných výsledků.

11 – 12 / 2020 Administrativní ukončení projektu.

 

Složení řešitelského týmu a způsob zapojení členů do plánovaných aktivit

Ing. Bc. Karel Dvořák, Ph.D., katedra technických studií – Koordinace projektu, 3D modelování, analýzy 3D modelů, vizualizace modelů, tvorba ISO – G kódů pro tisk modelů. Tvorba technické dokumentace vzorků. Příprava a ověření simulačních modelů.

 

Spoluřešitelé:

 

Ing. Michal Bílek, katedra technických studií – 3D modelování, Příprava tiskových predecessorů, měření vzorků.

 

Ing. Bc. Jana Dvořáková, katedra technických studií – 3D modelování, příprava tiskových predecessorů a preprocessorů. Měření a mechanické zkoušky vzorků, zpracování a vyhodnocení naměřených dat.

 

Ing. Stanislava Dvořáková, Ph. D., katedra matematiky – Zpracování a statistické vyhodnocení naměřených dat.

 

Ing. Mgr. Lucie Zárybnická, Ph.D., katedra technických studií – Analýza a popis materiálu vzorků. Mechanické zkoušky vzorků, zpracování dat.

 

Student oboru Aplikovaná technika pro průmyslovou praxi – Spolupráce na tvorbě modelů a technické dokumentace, měření a mechanických zkouškách.

 

Zdůvodnění strategického významu pro rozvoj tvůrčích činností VŠPJ

Na VŠPJ se rozvíjí výzkumná infrastruktura v oblasti experimentálních mechanických měření a nových výrobních technologií. Kromě přímých výstupů projektu ve formě publikací z oblasti strojírenských technologií jsou v rámci měření a testování ověřovány metody, charakteristiky testovacích zařízení, optimalizovány postupy a zvyšovány zkušenosti pracovníků laboratoře. Metody pro testování a vyhodnocení vzorků jsou součástí knihovny realizovaných metod a lze je využít při následných zkouškách výzkumu, výuky, hospodářských aktivitách. V průběhu obdobně zaměřených projektů, řešených v předchozím období se vytvořil tým, složený ze specialistů na 3D modelování, přípravu výrobních technologií, materiálových analýz, provádění experimentálních měření a zpracování a vyhodnocení dat. Uvedení specialisté jsou členové řešitelského týmu. Problematika, řešená v rámci výzkumu průřezově zasahuje do oborových specializací pro obor Aplikovaná technika pro průmyslovou praxi a nově připravovaného studijního programu Strojírenství.

 

Seznam významnějších dílčích nákladů a zdůvodnění jejich opodstatněnosti

Nejvýraznější položkou je výroba výzkumných kovových vzorků, vyrobených metodou DMLS – 90 000 CZK. Jde o materiálově a procesně nákladnou položku, která musí být vzhledem k ceně pořízení i dlouhodobého pronájmu výrobního zařízení řešena formou zakázky. Cena odpovídá záměru projektu odpovídající kvantitě vzorků na základě dříve realizovaných poptávek.

Vedoucí projektu: Ing. Bc. Karel Dvořák, Ph.D.

Celková částka: 182000 CZK

Dotační titul: Interní grantová soutěž

Kontakty

Vysoká škola polytechnická Jihlava
Tolstého 16
586 01 Jihlava

Kontakt:
Telefon: +420 567 141 111
Fax: +420 567 300 727
Email: vspj@vspj.cz
ID datové schránky: w9ej9jg

IČ: 71226401
DIČ: CZ71226401

Studijní oddělení:
Telefon: +420 567 141 181
Email: studijni@vspj.cz

Čekejte prosím, stránka se načítá