Title
Istraživanje primene aditivno proizvedenog i topološki optimizovanog alata za savijanje lima praćeno elastičnom povratnošću
Creator
Delić, Marko, 1990-
CONOR:
18340967
Copyright date
2025
Object Links
Select license
Autorstvo-Bez prerade 3.0 Srbija (CC BY-ND 3.0)
License description
Dozvoljavate umnožavanje, distribuciju i javno saopštavanje dela, bez promena, preoblikovanja ili upotrebe dela u svom delu, ako se navede ime autora na način odredjen od strane autora ili davaoca licence. Ova licenca dozvoljava komercijalnu upotrebu dela. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/rs/deed.sr_LATN Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Inventory ID
3865
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 10.02.2026.
Other responsibilities
Academic Expertise
Tehničko-tehnološke nauke
University
Univerzitet u Kragujevcu
Faculty
Fakultet inženjerskih nauka
Alternative title
Investigati on of the application of an additively manufactured and topologically optimized die for sheet metal bending followed by elastic recovery
Publisher
[M. M. Delić]
Format
259 listova
Abstract (sr)
Izrada alata za oblikovanje lima primenom aditivnih tehnologija dobija sve
više na značaju, ne samo u oblasti nauke i istraživanja već i u savremenoj industriji
a čija uspešna primena zahteva poznavanje različitih metoda i tehnika. Primenom
polimernih aditivno proizvedenih alata postiže se skraćenje vremena izrade a u
nekim slučajevima i smanjenje cene izrade.
U ovoj doktorskoj disertaciji razmatrana je mogućnost korišćenja aditivno
proizvedenih polimernih alata za savijanje lima. S obzirom da alati tokom procesa
oblikovanja trpe naprezanja bitan parametar su mehaničke karakteristike materijala.
U prvom delu disertacije analizirane su mehaničke karakteristike dva polimerna
materijala, ABS-a i Oniksa. Uticaj parametara FDM tehnologije na mehaničke
karakteristike određen je testovima jednoosnog zatezanja i pritiskivanja. Na osnovu
rezultata eksperimenata za materijal alata izabran je ABS i definisani su optimalni
parametri aditivne proizvodnje radnih komponenti alata.
Zbog toga što polimerni materijali imaju znatno slabije mehaničke
karakteristike od metala pri projektovanju procesa oblikovanja sa polimernim
alatima potrebno je smanjiti opterećenje koje alat trpi. Pored opterećenja problem
koji postoji pri oblikovanju limova je elastična povratnost. Definisanje geometrije
alata je urađeno korišćenjem metode konačnih elemenata da bi problemi prevelikog
opterećenja alata i pojave elastične povratnosti bili otklonjeni. Na osnovu rezultata
numeričkih eksperimenata redizajnirane su radne komponente alata za jednougaono
savijanje uz kompenzaciju ugla elastične povratnosti i utvrđene granice
deformacione sile za dobijanje dela od lima sa precizno definisanim uglom
savijanja. Pored dokazivanja hipoteze da je moguće koristiti polimerne alate za
oblikovanje čeličnog lima, sledeći naučni izazov je bio pokazati da je topološka
optimizacija aditivno proizvedenih alata opravdana i primenljiva. Na osnovu
numeričkih eksperimenata polimerni aditivno proizvedeni alati su optimizovani
metodom topološke optimizacije uzimajući u obzir pravila konstruisanja za
aditivnu proizvodnju (DFAM - Design for additive manufacturing).
Eksperimenti jednougaonog savijanja lima sa aditivno proizvedenim i
topološki optimizovanim alatima urađeni su u laboratorijskim i industrijskim
uslovima. U laboratorijskim uslovima korišćena je savremena mašina za ispitivanje
materijala dok je u industrijskim uslovima kroz studiju slučaja korišćena apkant
presa. Posle eksperimentalnog dela alati i savijeni delovi su digitalizovani
posredstvom 3D skenera za precizno merenje oblika dela i ugla savijanja. Rezultati
eksperimenta su potvrdili sve polazne hipoteze, s obzirom da je dobro poklapanje ugla
savijanja delova dobijenih numeričkom simulacijom, eksperimentima sa metalnim i
polimernim alatima, kao i topološki optimizovanih, a na kraju i polimernih alata
montiranih na industrijsku apkant presu. Pri tome su opterećenja na polimernim
alatima bila u dozvoljenim granicama bez ikakvih trajnih plastičnih deformacija i
površinskih oštećenja.
Abstract (en)
The production of sheet metal forming dies using additive technologies is gaining
increasing importance, not only in the field of science and research, but also in modern
industry, and the successful application requires knowledge of various methods and
techniques. The use of polymer additively manufactured dies reduces production time and, in
some cases, reduces production costs.
This doctoral dissertation examines the possibility of using additively manufactured
polymer dies for sheet metal bending. Since dies are subjected to stress during the forming
process, an important parameter is the mechanical properties of the material. In the first part
of the dissertation, the mechanical properties of two polymer materials, ABS and Onyx, were
analyzed. The influence of FDM technology parameters on the mechanical properties was
determined by uniaxial tensile and compression tests. Based on the results of the experiments,
ABS was selected as the die material and the optimal parameters for additive manufacturing
of the die components were defined.
Because polymer materials have significantly weaker mechanical properties than
metals, when designing the forming process with polymer dies, it is necessary to reduce the
load that the die undergoes. In addition to the load, an existing problem in sheet metal
forming is elastic recovery. The definition of the die geometry was done using the finite
element method in order to eliminate the problems of excessive die loading and the
occurrence of elastic recovery. Based on the results of numerical experiments, the die
components for free air bending were redesigned with compensation for the elastic recovery
angle and the forming load limits were determined to obtain a sheet metal part with a
precisely defined bending angle. In addition to proving the hypothesis that it is possible to use
polymer dies for forming steel sheet metal, the next scientific challenge was to show that the
topological optimization of additively manufactured dies is justified and applicable. Based on
numerical experiments, polymer additively manufactured dies were optimized using the
topological optimization method, taking into account the design rules for additive
manufacturing (DFAM - Design for additive manufacturing).
Experiments on free air sheet metal bending with additively manufactured and
topologically optimized dies were performed in laboratory and industrial conditions. In
laboratory conditions, a modern material testing machine was used, while in industrial
conditions, a press brake was used through a case study. After the experimental part, the dies
and bent parts were digitized using a 3D scanner for precise measurement of the part shape
and bending angle. The experimental results confirmed all initial hypotheses, given that the
bending angle of the sheet metal parts obtained by numerical simulation, experiments with
metal and polymer dies, as well as topologically optimized, and finally polymer dies mounted
on an industrial press brake was in good agreement. In this case, the loads on the polymer dies
were within permissible limits without any permanent plastic strain and surface damage.
Authors Key words
aditivna proizvodnja, FDM, numeričke simulacije, elastična
povratnost, 3D skeniranje, topološka optimizacija, ABS, Oniks
Authors Key words
additive manufacturing, FDM, numerical simulations, elastic recovery, 3D
scanning, topology optimization, ABS, Onyx
Classification
621.7+621.9(043.3)
Type
Tekst
Abstract (sr)
Izrada alata za oblikovanje lima primenom aditivnih tehnologija dobija sve
više na značaju, ne samo u oblasti nauke i istraživanja već i u savremenoj industriji
a čija uspešna primena zahteva poznavanje različitih metoda i tehnika. Primenom
polimernih aditivno proizvedenih alata postiže se skraćenje vremena izrade a u
nekim slučajevima i smanjenje cene izrade.
U ovoj doktorskoj disertaciji razmatrana je mogućnost korišćenja aditivno
proizvedenih polimernih alata za savijanje lima. S obzirom da alati tokom procesa
oblikovanja trpe naprezanja bitan parametar su mehaničke karakteristike materijala.
U prvom delu disertacije analizirane su mehaničke karakteristike dva polimerna
materijala, ABS-a i Oniksa. Uticaj parametara FDM tehnologije na mehaničke
karakteristike određen je testovima jednoosnog zatezanja i pritiskivanja. Na osnovu
rezultata eksperimenata za materijal alata izabran je ABS i definisani su optimalni
parametri aditivne proizvodnje radnih komponenti alata.
Zbog toga što polimerni materijali imaju znatno slabije mehaničke
karakteristike od metala pri projektovanju procesa oblikovanja sa polimernim
alatima potrebno je smanjiti opterećenje koje alat trpi. Pored opterećenja problem
koji postoji pri oblikovanju limova je elastična povratnost. Definisanje geometrije
alata je urađeno korišćenjem metode konačnih elemenata da bi problemi prevelikog
opterećenja alata i pojave elastične povratnosti bili otklonjeni. Na osnovu rezultata
numeričkih eksperimenata redizajnirane su radne komponente alata za jednougaono
savijanje uz kompenzaciju ugla elastične povratnosti i utvrđene granice
deformacione sile za dobijanje dela od lima sa precizno definisanim uglom
savijanja. Pored dokazivanja hipoteze da je moguće koristiti polimerne alate za
oblikovanje čeličnog lima, sledeći naučni izazov je bio pokazati da je topološka
optimizacija aditivno proizvedenih alata opravdana i primenljiva. Na osnovu
numeričkih eksperimenata polimerni aditivno proizvedeni alati su optimizovani
metodom topološke optimizacije uzimajući u obzir pravila konstruisanja za
aditivnu proizvodnju (DFAM - Design for additive manufacturing).
Eksperimenti jednougaonog savijanja lima sa aditivno proizvedenim i
topološki optimizovanim alatima urađeni su u laboratorijskim i industrijskim
uslovima. U laboratorijskim uslovima korišćena je savremena mašina za ispitivanje
materijala dok je u industrijskim uslovima kroz studiju slučaja korišćena apkant
presa. Posle eksperimentalnog dela alati i savijeni delovi su digitalizovani
posredstvom 3D skenera za precizno merenje oblika dela i ugla savijanja. Rezultati
eksperimenta su potvrdili sve polazne hipoteze, s obzirom da je dobro poklapanje ugla
savijanja delova dobijenih numeričkom simulacijom, eksperimentima sa metalnim i
polimernim alatima, kao i topološki optimizovanih, a na kraju i polimernih alata
montiranih na industrijsku apkant presu. Pri tome su opterećenja na polimernim
alatima bila u dozvoljenim granicama bez ikakvih trajnih plastičnih deformacija i
površinskih oštećenja.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.

