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 Стартовое окно для крупнейшей ракеты в земной истории откроется 22 мая, в 01:30 ночи по московскому времени. Прямая трансляция начнется примерно за час до запуска. Вероятность переноса по причине погоды довольно велика, и все же крайне важный для современной космонавтики пуск может состояться этой ночью.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
Физик-теоретик Сергей Вергелес, доцент МФТИ, старший научный сотрудник Института теоретической физики им. Л. Д. Ландау РАН предложил новый подход к объяснению барионной асимметрии — через дискретную симметрию Z4 в решеточной теории гравитации.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Во всем мире во всех человеческих культурах около 90% людей пользуются преимущественно правой рукой. Такое поразительное единство практически всего человечества не имеет аналогов среди приматов и до сих пор остается эволюционной загадкой. Ученые проанализировали данные о более чем двух тысячах человекообразных обезьянах и выяснили, когда и почему праворукость стала популяционной тенденцией.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Астроциты — клетки, которые долго считались лишь «помощниками» нейронов — оказались частью скрытой системы связи в мозге. Они, как показали результаты нового исследования, формируют собственные протяженные сети, соединяющие разные части головного мозга. Это открытие меняет представление о том, как мозг координирует свою работу, адаптируется к новым условиям и восстанавливается после повреждений.
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