Новая технология 3D-печати снизит брак при производстве зубных протезов и лопаток двигателей
Фотополимеры — жидкие смолы, затвердевающие под УФ-излучением, — широко используются в авиации, автомобилестроении, ювелирном деле и стоматологии. На 3D-принтере из них печатают модель детали, затем помещают в огнеупорную форму и обжигают. Смола выгорает, оставляя полость для расплавленного металла. После застывания форму разрушают, получая готовое изделие. Однако при нагреве фотополимер расширяется, что может повредить форму и привести к браку. В ПНИПУ разработали компьютерную модель для отслеживания поведения фотополимеров, чтобы прогнозировать их состояние. Разработка позволит предсказать свойства полимеров с точностью до 95% и не допустить появления дефектов.
В таких отраслях промышленности, как авиа-, ракето-, автомобилестроение, ювелирное дело и стоматология, широко применяются фотополимеры. Это специальные жидкие смолы, затвердевающие под воздействием ультрафиолетового излучения. На 3D-принтере печатают точную модель детали из фотополимерной смолы и помещают ее в огнеупорную форму из гипса или формовочных смесей, а затем ставят в печь при экстремальных температурах. Смола выжигается, оставляя полость, в которую заливают расплавленный металл. Когда он застывает, форму разрушают и достают заготовку. Таким образом делают импланты, сложнопрофильные детали (например, лопатки газотурбинного двигателя) и многое другое. Проблема в том, что при нагреве фотополимер расширяется и может повредить форму, в результате изделие получится бракованным.
– Процесс изготовления начинается с того, что из фотополимеров печатают модель будущей детали. Затем формируется огнеупорная форма из современных формовочных смесей или гипса. Далее модель выжигается, оставляя пустоту, в которую заливается расплавленный металл. После остывания форму разбивают и получают готовую металлическую деталь. Проблема заключается в том, что при выжигании фотополимеры сильно расширяются. Из-за этого в литейных формах образуются деформации и трещины, и по итогу они часто приходят в негодность. Неравномерное расширение материала портит качество отливок и увеличивает процент брака, – рассказывает Вероника Струкова, руководитель студенческого проектно-конструкторского бюро «Технологическая механика аддитивных и литейных процессов», ассистент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ.
Чтобы отслеживать этот процесс, ученые Пермского Политеха изучили, как ведет себя фотополимерный материал при нагреве. На основе экспериментальных данных они создали компьютерную модель, которая позволяет прогнозировать свойства материала в зависимости от температуры. Это позволит минимизировать образование дефектов.
– Наша модель предсказывает поведение фотополимеров при нагреве и позволяет контролировать его режимы. Мы провели многофакторное моделирование и сравнили результаты с экспериментальными данными и опытными разработками, ранее реализованными в рамках коллаборации ученых ПНИПУ. В результате получилось, что виртуальная копия фотополимеров допускает погрешность менее 5% (при определенных температурах) учитывает скорость нагрева и 40 ключевых параметров. Это позволяет заранее выявлять риски деформаций и трещин, оптимизировать процесс выжигания моделей и снижать брак, а также сократить производственные потери, – комментирует Анна Каменских, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика», заведующий лабораторией цифрового инжиниринга машиностроительных процессов и производств, кандидат технических наук.
Исследование позволяет предсказывать, как меняются механические свойства материала в зависимости от температуры и скорости нагрева.
– Сейчас собираются данные о том, как настройки 3D-печати (скорость, температура, освещение) влияют на качество фотополимерных моделей, и как эти материалы ведут себя при нагреве. Вся информация заносится в цифровую базу, которая постоянно обновляется по мере поступления новой информации. Это поможет быстрее подбирать материал, оптимальные режимы печати и выжигания моделей, сократив время и брак в производстве литейных форм, – поясняет Дмитрий Пустовалов, старший преподаватель кафедры «Инновационные технологии машиностроения» ПНИПУ.
Модель, разработанная учеными ПНИПУ, способствует повышению качества изделий и снижению производственных затрат. Результаты будут особенно полезны в отраслях промышленности, где используется фотополимерное производство, например, в аэрокосмической, автомобильной сфере, машиностроении, а также – в стоматологии и ювелирном деле.
Статья опубликована в журнале «Вестник ЧГПУ имени И. Я. Яковлева». Исследование проведено в рамках программы Передовой инженерной школы «Высшая школа авиационного двигателестроения» при поддержке Правительства Пермского края на создание и развитие студенческих проектно-конструкторских бюро.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Ученые обнаружили, что дубы выработали эффективную стратегию, позволяющую им защищаться от пожирающих молодую листву гусениц — если предыдущий весной деревья сильно пострадали от их нашествия, то на следующий год почки распустятся на три дня позже. Трехдневной задержки достаточно, чтобы резко снизить выживаемость гусениц.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
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.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
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