Благодаря российским ученым, прочность 3D-деталей можно будет проверить за несколько дней вместо месяца
Объем мирового рынка аддитивного производства растет и на 2024 год оценивался в 3,56 миллиардов долларов. 3D-печать широко применяется в аэрокосмической, автомобильной, строительной и медицинской отраслях. Но прочность получаемого продукта во многом зависит от направления печати, например, вертикального или углового. Заранее это предсказать сложно. Чтобы понять, при каких условиях тот или иной материал получается качественнее, из него создают множество дорогостоящих тестовых образцов и для каждого проводят долгие проверки. Ученые Пермского Политеха разработали новый метод экспресс-оценки, который вдвое сокращает расход материала и ускоряет испытания с месяца до нескольких дней. Теперь можно быстрее и дешевле определить устойчивость будущих деталей к циклическим нагрузкам, что критически важно для повышения безопасности конструкций в высокотехнологичных отраслях.
На изобретение получен патент. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Аддитивное производство постепенно становится ключевой технологией в промышленности. Это процесс послойного создания детали из пластика, металла или композита по цифровой 3D-модели. С его помощью можно изготавливать изделия любой сложной формы с минимальными отходами, при этом легкие и прочные. Такие свойства особенно востребованы в аэрокосмической, оборонной, энергетической, нефтегазовой и медицинской отраслях, где используется для изготовления деталей двигателей, корпусов, турбин, трубопроводов, а также индивидуальных имплантов и протезов.
3D-принтер создает изделие, послойно накладывая материал друг на друга. Направление такой печати может быть разным – 90, 45, 60 градусов и т.д. Это влияет на итоговые свойства продукта, в том числе способность выдерживать большие нагрузки. Проблема в том, что предсказать, какой угол печати даст минимальную прочность, невозможно. Поэтому, перед запуском в эксплуатацию, инженерам приходится делать множество тестовых образцов под разными углами и испытывать их на специальных стендах, имитируя реальные условия.
Подобные исследования необходимы и снижают риск разрушения критических элементов при эксплуатации. Однако это крайне дорогой и долгий процесс, требующий большого количества дорогостоящего материала. Для проверки каждого направления печатают 4-6 стандартных образцов. Их поочередно устанавливают в специальную испытательную машину и подвергают нагрузкам до полного разрушения, тем самым проверяя на растяжение, сжатие, изгиб, твердость, выносливость и многие другие факторы. Этот процесс только для одного образца занимает более 10 часов. В среднем, полноценные испытания материала могут отнимать от пары недель до месяцев, что требует развития новых экспресс методов оценки свойств аддитивных материалов.
– Новый тип конструкции представляет собой колесо, в центре которого находится одно круглое отверстие, а по окружности симметрично расположены еще восемь в форме равнобедренных трапеций. Образец печатают из того же материала и на том же оборудовании, что и будущие детали, устанавливают в испытательной машине и подвергают циклическим нагрузкам (многократному изгибу). Она одновременно нагружает все восемь рабочих поверхностей – перемычек между отверстиями, до их разрушения. По появляющимся деформациям можно определить, где материал слабее всего. Направление, где деталь сломалась после наименьшего числа циклов испытания, и есть самое слабое и опасное, – поделился Артем Ильиных, доцент кафедры «Экспериментальная механика и конструкционное материаловедение» ПНИПУ, старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики, кандидат технических наук.
Ученые отмечают, что такая форма образца в виде колеса позволяет тестировать долговечность материала сразу в четырех различных направлениях за одно испытание. При этом в два раза сокращая количество образцов по сравнению с традиционными методами. Это значительно экономит затрачиваемые материалы и уменьшает время испытаний с нескольких недель до 1-7 дней.
Предлагаемая идея эффективна для всех отраслей, использующих 3D-печать. Например, при производстве костных имплантатов из композитов, которые при эксплуатации должны выдерживать высокие нагрузки: перед запуском продукта на рынок можно напечатать тестовое «колесо» из того же материала и проверить его прочность одновременно с разных сторон. Это поможет за короткий срок выбрать оптимальные параметры печати для создания более надежного изделия.
Применение нового типа конструкции дает возможность точно определить, в каком направлении печатать деталь нельзя, так как она быстро сломается под нагрузкой, а в каком – можно, чтобы она прослужила долго. Метод позволяет быстро и достоверно оценить надежность 3D-печатного материала.
Разработка ученых ПНИПУ обеспечивает экспресс-оценку свойств аддитивной конструкции, а также снижение стоимости испытаний за счет количества используемых ресурсов. Теперь можно без проведения долгих проверок корректировать параметры печати, чтобы избежать опасных направлений в готовых изделиях.
Telegram 
Дзен 
VK Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Новая находка доказывает, что эволюция изобрела как минимум два независимых способа бороться с вирусами. Это открытие кардинально меняет представления о развитии иммунитета и расширяет горизонты для поиска новых лекарств.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно