Vliv použitého materiálu v konstrukčních prvcích vytvořených pomocí 3D tisku

Bc. David Vejmola

Master's thesis

Influence of the material used in structural elements manufactured by 3D printing

Abstract:

Tato diplomová práce byla zaměřena na posouzení vhodnosti udržitelných polymerních materiálů na bázi biopolymerů a recyklovaných polymerů pro výrobu spojovacích prvků technologií 3D tisku. Cílem bylo zhodnotit vliv použitého materiálu, tiskových parametrů a klimatických podmínek na mechanické vlastnosti tištěných dílů a ověřit jejich použitelnost v rohových spojích. V teoretické části byly shrnuty poznatky o bioplastech, recyklovaných polymerech, technologii FDM a možnostech jejich využití v nábytkářství. Experimentální část zahrnovala tahové zkoušky zkušebních těles dle ČSN EN ISO 527-2 a zkoušení rohových spojů z dřevotřískové desky s 3D tištěným perem. U zkušebních těles z materiálu PLA Basic byl potvrzen vliv průměru trysky, přičemž tryska o průměru 0,6 mm vykazovala ve většině sledovaných charakteristik mírně příznivější výsledky. Tahová zkouška zkušebních těles z různých polymerních materiálů ukázala, že nejvyšších hodnot mechanických vlastností dosahovaly materiály PLA-Algae nori, PLA-Hemp a PLA-PHA, zatímco nejnižší byly zaznamenány u materiálu allPHA. U rohových vzorků se z nově sledovaných biopolymerů jako nejvhodnější ukázal PLA-Hemp, zejména při standardní klimatické podmínce 23±2 °C, r.v. 50 %. Současně bylo potvrzeno, že klimatické podmínky výrazně ovlivňovaly únosnost a tuhost spojů, přičemž nejpříznivější výsledky byly zpravidla dosaženy ve standardním prostředí. Výsledky ukázaly, že 3D tištěné spojovací prvky z vybraných udržitelných polymerů mají reálný aplikační potenciál především pro interiérové konstrukce.

Abstract:

This master’s thesis focused on assessing the suitability of sustainable polymer materials based on biopolymers and recycled polymers for the production of joining elements using 3D printing technology. The aim was to evaluate the influence of the material used, printing parameters, and climatic conditions on the mechanical properties of printed parts and to verify their applicability in corner joints. The theoretical part summarized knowledge on bioplastics, recycled polymers, FDM technology, and the possibilities of their use in the furniture industry. The experimental part included tensile testing of test specimens according to ČSN EN ISO 527-2 and testing of corner joints made of particleboard with 3D-printed element. Tensile testing of specimens made from various polymer materials showed that the highest mechanical property values were achieved by PLA-Algae nori, PLA-Hemp, and PLA-PHA, whereas the lowest values were recorded for material allPHA. For test specimens made of PLA Basic, the effect of nozzle diameter was confirmed, with the 0.6 mm nozzle showing slightly more favorable results in most of the monitored characteristics. Among the newly studied biopolymers, PLA-Hemp proved to be the most suitable for corner specimens, especially under the standard climatic condition of 23 ± 2 °C and 50% relative humidity. At the same time, it was confirmed that climatic conditions significantly affected the load-bearing capacity and stiffness of the joints, while the most favorable results were generally achieved in the standard environment. The results showed that 3D-printed joining elements made from selected sustainable polymers have real application potential, especially for interior structures.

Keywords

FDM, biopolymery, recyklované polymery, spojovací prvek, rohový spoj, klimatické podmínky, tuhost spoje, únosnost spoje, mechanické vlastnosti, 3D tisk

Keywords

biopolymers, recycled polymers, joining element, corner joint, climatic conditions, joint stiffness, mechanical properties, FDM, 3D printing, joint load-bearing capacity

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 4. 2026

Thesis defence

• Date of defence: 27. 5. 2026
• Supervisor: Ing. Vojtěch Ondrejka, PhD.
• Reader: Ondřej Venclík, externi

Mendel University in Brno

Faculty of Forestry and Wood Technology

Master programme:
Furniture Engineering