1. Téma: Únavová odolnosť pórovitých kostných implantátov
Školiteľ: prof. RNDr. Jaroslav Pokluda, CSc.
Školitelia špecialisti:
prof. RNDr. Pavel Šandera, CSc. (VUT Brno), doc. Ing. Marta Kianicová, PhD.
Anotácia:
Porézne titánové štruktúry (skafoldy), používané ako implantáty v ortopedických aplikáciách, sú vyrábané novou technológiou 3D tlače umožňujúcou riadenú hierarchickú pórovitosť. Okrem stupňa pórovitosti je dôležitým funkčným parametrom aj ich odolnosť proti únave materiálu, meraná S-N krivkou. Závislosť únavovej odolnosti skafoldov na veľkosti a množstve pórov bude experimentálne študovaná metódami ohybu za rotácie a mikroštruktúrnej analýzy. Súčasťou výskumu bude modelovanie vplyvu štruktúrne indukovaných tieniacich a antitieniacich efektov na rýchlosť šírenia únavových trhlín pomocou metódy konečných prvkov. Cieľom výskumu je nájdenie kombinácie pórovitosti a únavovej odolnosti zabezpečujúcej optimálne funkčné vlastnosti implantátu. Práce budú vykonávané v spolupráci s pracovníkmi Fakulty strojného inžinierstva Vysokého učenia technického v Brne.
Forma štúdia: denné alebo externé štúdium
2. Téma: Výskum zákonitostí prípravy nanoštrukturovaných WC HiPIMS povlakov doponovaných Al a Si
Školiteľ: prof. Ing. Daniel Kottfer, PhD.
Školiteľ špecialista: prof. Dr. Karol Kyziol - AGH University Krakov, PL
Pplk. prof. Ing. Zdeněk Pokorný, Ph.D. – Universita obrany Brno, ČR
Anotácia:
Príprava tvrdých nanoštrukturovaných povlakov na oceľových povrchoch je limitovanná teplotou popúšťania ocelí. Vytváranie tvrdých povlakov na báze karbidu W pre strojársku výrobu je stále aktuálne. Povlak WC má individuálne prednosti ako sú vysoká tvrdosť a Youngov modul, nízky koeficient trenia (WC) a odolnosť voči opotrebovaniu. HiPIMS technológia umožňuje deponovanie povlakov pri teplotách do 400°C, čo je vhodné pre vytvorenie povlaku na oceľovej súčiastke, ktorá bola tepelne spracovaná na požadovanú tvrdosť. Po procese povlakovania tým možno dosiahnuť tvrdší a oteruvzdornejší funkčný povrch súčiastky, ktorý pridaním AlSi do WC povlaku ponúka aj ďalší benefit – zlepšenie žiaruvzdornosti a tým rozšírenie podmienok použitia povlakovanej súčiastky pri vyšších teplotách. Oblasť procesu deponovania WC povlakov a ich dopovanie Al a Ti odprašovaním z terča metódou HiPIMS, vplyv parametrov na vlastnosti WTiAlC povlaku sú v posledných desaťročiach málo publikované. Takto sa ponúka priestor na základný výskum uvedených zákonitostí formou dizertačnej práce.
Dizertačnú prácu možno zamerať na:
· Optimalizovanie procesu deponovania WC povlaku vo vzťahu ku maximálnej tvrdosti a minimálnemu koeficientu trenia
· Teoretické štúdium procesu dopovania WC povlakov prvkami (napr. Ti, TiAl, TiSi) odprašovaním z terča
· Výskum vplyvu parametrov procesu deponovania ako výkon, frekvencia, dĺžka pulzu a predpätie na povlakovanej súčiastke na hrúbku, tvrdosť a Youngov modul, textúru a chemické zloženie, koeficient trenia a opotrebovanie WC, WTiC, WTiSiC povlakov
· Optimalizovanie uvedených technologických parametrov za účelom prípravy tvrdého oteruvzdorného povlaku pre prax a jeho odskúšanie cestou hodnotenia rezných vlastností
Forma štúdia: denné štúdium
3. Téma: Štúdium zmien vybraných parametrov na degradáciu konštrukčných polymérnych materiálov vyrábaných aditívnou technológiou
Školiteľ: doc. Ing. Michal Krbaťa, PhD.
Školiteľ špecialista: Ing. Róbert Janík, PhD.
Ing. Marcel Kohutiar, PhD.
Anotácia:
Téma je zameraná na skúmanie vplyvu vybraných parametrov na degradáciu polymérnych materiálov vyrábaných technológiou 3D tlače. Skúmanie zahŕňa použitie rôznych techník, ktoré umožnia detailnú analýzu materiálov. Medzi tieto techniky patrí 3D tlač, dynamicko mechanické testovanie (DMA), termogravimetria (TG) testovanie v UV/vlhkostnej komore, mechanické skúšky, chemický rozbor pomocou energeticky disperzného röntgenového spektroskopu (EDX), konfokálna/optická mikroskopia, skenovacia elektrónová mikroskopia (SEM), modifikácia povrchu studenou plazmou, infračervená spektroskopia (IČ), termálne zobrazovanie a testovanie na lineárnom urýchľovači.
Výsledky tejto štúdie budú poskytovať cenné poznatky o degradačných mechanizmoch polymérnych materiálov a umožnia optimalizovať aditívne technológie výroby. Tým sa bude zvyšovať odolnosť vytlačených konštrukcií a kvalita vyrábaných materiálov. 3D tlač, ktorá sa používa na výrobu polymérnych materiálov, je v súčasnosti stále viac využívaná, a preto je dôležité mať detailné poznatky o procesoch, ktoré sú s ňou spojené.
Táto štúdia by mohla mať významné dôsledky nielen pre priemyselné aplikácie, ale aj pre výskum v oblasti polymérnych materiálov. Výsledky by mohli pomôcť pri vývoji nových polymérnych materiálov, ktoré by mali lepšie vlastnosti a boli by odolnejšie voči degradácii. To by mohlo mať vplyv nielen na priemyselné aplikácie, ale aj na iné oblasti priemyslu, kde sa 3D tlač stáva stále dôležitejšou výrobnou technológiou.
Forma štúdia: denné štúdium
4. Téma: Štúdium zmeny Q&P parametrov na zvýšenie odolnosti proti opotrebeniu pokročilých vysokopevných mangánových ocelí AHSS
Školiteľ: doc. Ing. Michal Krbaťa, PhD.
Školiteľ špecialista: doc. Ing. Daniel Križan, PhD.
Ing. Róbert Cíger
Anotácia:
Táto štúdia sa zameriava na zmenu Q&P parametrov tepelného spracovania s cieľom zvýšiť odolnosť proti opotrebeniu pokročilých vysokopevných mangánových ocelí AHSS. Pre hĺbkové preskúmanie budú potrebné rôzne techniky, ktoré umožnia detailnú analýzu vzniku mechanizmov opotrebenia ako aj následné stanovenie ideálneho procesu tepelného spracovania. Medzi tieto techniky zaraďujeme: využitie dilatometra DIL 805A/D na fyzikálnu simuláciu rôznych metód tepelného spracovania s využitím hlbokého zmrazenia, skenovacia elektrónová mikroskopia (SEM) na analyzovanie vzniknutej mikroštruktúry, experimentálna simulácia trecích procesov na zariadený UMT TriboLab s vyhodnocovaním koeficientu trenia, objemové stanovenie zvyškového austenitu pomocou metódy saturačnej magnetizácie (SMM)
Výsledky tejto štúdie budú poskytovať cenné nové poznatky o možnom využití vysokopevných AHSS ocelí v mechanizmoch, ktoré sú vystavené zvýšeným trecím procesom pri, ktorých dochádza k opotrebeniu a degradácií materiálu.
Využitie týchto poznatkov v praxi môže viesť k vývoju materiálov pre automobilový a priemyselný sektor, ktorý bude mať pozitívny ekonomický dopad.
Forma štúdia: denné štúdium
5. Téma: Komplexný návrh a simulácia vybraných druhov materiálov pre suppressory na rôzne druhy malokalibrovych zbraní.
Školiteľ: doc. Ing. Michal Krbaťa, PhD.
Školiteľ špecialista: doc. Ing. Maroš Eckert, PhD.
Ing. Miroslav Polášek
Anotácia:
Návrh nových materiálov na supresory sa neustále vyvíja a zdokonaľuje. Existuje mnoho nových technológií a materiálov, ktoré sa používajú pri navrhovaní a výrobe supresorov, pričom najnovšie trendy sa zameriavajú na zlepšenie ich funkčnosti, výkonu a odolnosti proti korózii. V rámci štúdie sa bude analyzovať vplyv rôznych faktorov, ako napríklad geometrie, materiálových vlastností a teploty, na funkčnosť a výkon suppressorov. Pre numerické modelovanie a simuláciu fyzikálnych javov sa budú využívať rôzne softvéry, napríklad ANSYS (Analysis System), ktoré umožnia predikovať správanie materiálov a komponentov v rôznych podmienkach za pomoci numerických modelov. ANSYS poskytuje široké spektrum funkcií a nástrojov pre analýzu rôznych fyzikálnych javov, ako sú mechanické napätia, termodynamické procesy, dynamika tekutín a mnohé ďalšie, ktoré umožnia ich celkovú analýzu a optimalizáciu.
Medzi najnovšie progresívne poznatky patrí využitie nanotechnológií a pokročilých materiálov, ako sú keramické zliatiny, kompozity, grafitové materiály a superlegúry. Ďalším novým trendom je využitie 3D tlače na výrobu supresorov, ktoré umožnia vytvárať zložité geometrické tvary a detaily s vysokou presnosťou a opakovanosťou.
Výsledky tejto štúdie by mohli poskytnúť cenné informácie pre výrobcov a konštruktérov zbraní a suppressorov, ktorí sa snažia zlepšiť efektivitu a spoľahlivosť týchto produktov. Taktiež by mohli prispieť k lepšiemu porozumeniu optimalizácie fyzikálnych a materiálových vlastností suppressorov a pomôcť zlepšiť regulácie týkajúce sa ich výroby a používania ako aj možnosti ich využitia nie len na malokalibrové zbrane ale aj na automatické palné zbrane.
Forma štúdia: denné štúdium
6. Téma: Výskum mechanických vlastností materiálov využívaných v aditívnych výrobných technológiách
Školiteľ: doc. Ing. Maroš Eckert, PhD.
Školiteľ špecialista: RNDr. Peter Fabo, PhD.
Anotácia:
Hlavnou témou dizertačnej práce je výskum polymérnych a kompozitných materiálov používaných v aditívnych technológiách. Jednou z nosných technológií pre výrobu experimentálnych vzoriek bude Continuous Fiber Reinforcement (CFR) vyvinutý spoločnosťou Markforged. Jedná sa o modifikovanú FFF technológiu 3D tlače s vkladaním vystužujúceho kontinuálneho vlákna (karbón, sklené alebo kevlarové vlákno). Samotným experimentom bude predchádzať rozsiahla rešerš aktuálne používaných polymérnych a kompozitných materiálov v 3D tlači vo svete a vytypovanie najvhodnejších materiálov, ktoré budú použité pri samotných experimentoch. Experimentálny výskum bude zameraný na skúmanie mechanických a fyzikálnych vlastností materiálov a ich štruktúr v závislosti od procesných a technologických parametrov samotnej 3D tlače. Medzi procesné a technologické parametre budú zaradené teplota tlače, tvar a hustota výplne, smer výplne materiálu v závislosti od prevládajúceho zaťaženia a pod. Jednotlivé výskumné aktivity budú pozostávať z niekoľkých častí:
• Prvou časťou bude získanie základných mechanických vlastností od procesných a technologických parametroch 3D tlače. Pre získanie niektorých z týchto parametrov bude potrebné zostrojiť meracie zariadenie, ktoré bude umožňovať merať mechanické vlastnosti vzoriek pri rôznych podmienkach (teplota, vlhkosť).
• Ďalšia časť výskumu sa bude venovať analýze mikro- a nanoštruktúre výtlačkov a možnosti ovplyvnenia štruktúry pre zlepšenie mechanických a fyzikálnych parametrov. Mikroštruktúra sa bude analyzovať pomocou metalografického optického mikroskopu, pre väčšie rozlíšenie a štúdium nanoštruktúry sa využije mikroskop atomárných síl (AFM). Taktiež bude možné pomocou tohto mikroskopu rozlíšiť štruktúru aj podľa lokálnych mechanických a fyzikálnych vlastností. Rovnako sa v tejto časti výskumu využije analýza štruktúry pomocou nanoindentora na určenie mikro- a nanomechanických vlastností ako nanotvrdosť a modul pružnosti jednotlivých elementov tvoriacich štruktúru materiálu.
• Poslednou časťou výskumu bude na základe dosiahnutých výsledkov vytvorenie numerických modelov popisujúcich fyzikálne parametre skúmaných materiálov pre ich využitie v oblasti simulácií, modelovania a návrhu zostáv využívajúcich 3D tlač.
Forma štúdia: denné alebo externé štúdium
7. Téma: Systematická analýza a využitie kvantitatívnych metód analýzy spoľahlivosti a rizika v strojárskej výrobe
Školiteľ: doc. Ing. Alena Breznická, PhD.
Školiteľ špecialista:
Anotácia:
Báza znalostí o spoľahlivosti technického systému je kritickým predpokladom pre efektívnu a účinnú výrobu bezpečných výrobkov. Dizertačná práca bude pojednávať o špecifikáciách a kvantitatívnych požiadavkách na riziká a spoľahlivosť v priebehu životného cyklu výrobku. Hlavnými cieľmi dizertačnej práce je skúmanie a odhaľovanie vplyvov technických rizík na spoľahlivosť. Určovanie metodík a uskutočňovanie laboratórnych a prevádzkových skúšok, ktoré stanovujú prevádzkovú spoľahlivosť výrobku. Počas riešenia aspektov spoľahlivosti budú využité kvantitatívne metódy analýzy rizika a spoľahlivosti pomocou parametra vyjadreného ukazovateľa spoľahlivosti ako životnosť, bezporuchovosť a pohotovosť. Medzi hlavné výsledky a prínosy dizertačnej práce možno stanoviť komplexný prístup posudzovania a hodnotenia spoľahlivosti s aplikáciou na strojárske technológie, stanovenie modelov kritických a akceptovateľných rizík.
Forma štúdia: externé štúdium