• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
09.06.2023
ПНИПУ
574

Разработка Пермского Политеха повысит качество изделий, напечатанных на 3D-принтере аддитивным методом

4.6

Аддитивные технологии, то есть послойное изготовление изделий, используются в различных высокотехнологичных отраслях промышленности. Подобным методом из биосовместимых полимерных материалов все чаще делают протезы, имплантаты и другие изделия. Одна из важнейших проблем технологии послойного наплавления (FDM/FFF) — это прочность синтезируемых изделий, а именно качество соединения между валиками термопластичного материала. Перегрев и недогрев полимера в процессе наплавки приводит к непостоянному сцеплению. Это вызывает снижение механических свойств печатных изделий, их избыточную термическую деформацию и разрушение по границам слоев. Ученые Пермского Политеха впервые создали технологию для быстрого и точного управления температурой сопла и полимерного материала в процессе послойного наплавления 3D-печати.

Разработка Пермского Политеха поможет повысить качество изделий, напечатанных на 3D-принтере аддитивным методом
Разработка Пермского Политеха поможет повысить качество изделий, напечатанных на 3D-принтере аддитивным методом / ©Getty images / Автор: Анастасия Кожевникова

Разработка проведена в рамках программы по Постановлению Правительства России, так называемые «Мегагранты». Статья с результатами исследования опубликована в журнале applied sciences.

В основе технологии послойного наплавления лежит экструзия, то есть продавливание расплавленного термопластичного материала через сопло с последующим соединением и отвердеванием. Одним из важнейших технологических параметров в данном методе является температура полимера и, следовательно, нагреваемого сопла. В традиционных экструдерах не обеспечивается необходимая точность и скорость измерения и регулирования температуры сопла, что приводит к значительным перегревам и недогревам полимерного материала в процессе наплавки. Эти проблемы вызваны большой массой теплообменника и его высокой тепловой инерцией, задержками при измерении температуры контактными датчиками, а также рядом других трудностей. По словам политехников, решить данные проблемы возможно за счет изменения конструкции сопла.

«Отсутствие быстрых методов измерения температуры сопла было одним из основных технологических недостатков, препятствующих эффективному использованию индукционного нагрева в аддитивном производстве по технологии послойного наплавления. Для решения этой проблемы мы решили изменить оригинальную конструкцию сопла и индуктора. Бесконтактный характер метода индукционного нагрева позволит уменьшить массу нагреваемой части экструдера до массы самого сопла специальной формы с общим значением равным или менее одного грамма», — рассказывает доктор технических наук, проректор по разработкам и инновациям, профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского Политеха Дмитрий Трушников.

Сопло из ферромагнитного сплава / ©Пресс-служба Пермского Политеха

Сопло изготовили из ферромагнитного сплава, индукционно нагреваемого в процессе трехмерной печати. Изменение температуры влияет на свойства материала сопла, что приводит к изменению фазовых и амплитудных характеристик тока цепи индуктора. Также ученые создали метод, который снизит погрешность измерения температуры сопла в сто раз.

«Применение метода индукционного нагрева сопла малой массы потребовало разработки быстрого бесконтактного метода измерения температуры, не зависящего от чистоты и свойств поверхности сопла. С помощью ВЧ-токов с использованием фазово-амплитудной резонансной системы измерения, становится возможным обеспечить постоянное качество регулирования в доступном диапазоне рабочих температур сопла, снизить погрешность измерения с 20 до 0,2 градусов, а также уменьшить задержку регулирования более чем в 6 раз. Таким образом, были обеспечены высокая точность и скорость управления температурой сопла и полимерного материала», — говорит доцент кафедры «Автоматики и телемеханики» ПНИПУ, кандидат технических наук Игорь Безукладников.

Сопло из ферромагнитного сплава / ©Пресс-служба Пермского Политеха

Благодаря методу по измерению и регулированию температуры сопла, который разработали ученые ПНИПУ, впервые для аддитивной технологии послойного наплавления становится возможным полноценное управление термическим циклом процесса, что позволит не только улучшить качество сварного соединения между слоями материала, но и обеспечить постоянство качества на всем протяжении процесса печати. Эти усовершенствования сделают доступной 3D-печать крупногабаритных изделий, предметов сложной геометрической формы, в том числе из высокотехнологичных материалов, таких как PEEK (полиэфирэфиркетон), PEKK (полиэфиркетонкетон), PEI (полиэфирэмид) и термопластичных композиций, востребованных в протезировании и авиастроении.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
20 июня
МПСУ

Эмоциональное выгорание ИТ-специалиста напрямую связано с его личностными характеристиками. С профессиональными перегрузками и стажем связи нет. К такому выводу пришли ученые МПСУ, которые исследовали ИТ-специалистов двух компаний. Жизнестойкость, то есть способность человека выдерживать стрессовые ситуации без снижения успешности деятельности, в совокупности с внутренней положительной мотивацией формируют иммунитет к эмоциональному выгоранию специалиста в ИТ-сфере. Блокаторами стали интерес к работе и профессиональная удовлетворенность.

Позавчера, 15:47
Александр Березин

Разные группы ученых предсказывали существование реликтовых гравитационных волн еще десятки лет назад. Однако, когда такое открытие в 2020-х годах действительно сделали, оказалось, что обнаруженные гравиволны несовместимы практически со всеми конкретными предсказаниями, кроме одного.

Позавчера, 14:39
ПНИПУ

Пищеварение — сложный физиологический процесс нашего организма, который обеспечивает механическую и химическую обработку питательных веществ в желудочно-кишечном тракте. Почему часть из них плохо усваивается, к чему приводит нехватка ферментов, что входит в топ-10 незаменимых для хорошего пищеварения продуктов и как умерить свой аппетит — рассказали ученые кафедры химических технологий ПНИПУ.

18 июня
Сколтех

Ученые из Сколтеха, Цзилиньского университета и Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления в Пекине (HPSTAR), а также их немецкие коллеги синтезировали и исследовали новый тип сверхпроводника с высоким содержанием водорода — супергидрид лантана типа A15 с формулой La4H23. Новый материал обладает сверхпроводимостью при температуре ниже −168 градусов и давлении в 1,2 миллиона атмосфер.

19 июня
ПНИПУ

Шаровая молния — выдумка или реальное явление, что такое темная материя и как она влияет на массу Вселенной? Для чего предназначены узоры на кончиках пальцев? Как мы «заражаемся» зевотой и почему мы чихаем, глядя на солнце? Отчего правшей больше, чем левшей и что нужно, чтобы сработал эффект плацебо? Об этом рассказали ученые Пермского Политеха.

17 июня
Игорь Байдов

Американские военные планируют разработать психостимулятор, действие которого можно активировать в мозге с помощью ближнего ИК-излучения. Такая технология поможет пилотам ВВС США сохранять бдительность во время длительных боевых вылетов. Привыкания или побочных эффектов препарат вызывать не будет.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно