Как приручить 3D принтер: материаловеды нашли способ упрочить создаваемые 3D-детали вдвое

Как приручить 3D принтер: материаловеды нашли способ упрочить создаваемые 3D-детали вдвое

В НИТУ "МИСиС" предложена методика повышения, как минимум вдвое, прочности 3D-изделий, основанная на изучении связи между температурными параметрами процесса 3D печати и структурой и свойствами изделий. Метод открывает реальную перспективу создания "на дому" нужных бытовых предметов, по качеству сопоставимых с фабричными. Результаты опубликованы в международном научном журнале Rapid Prototyping Journal.

Несмотря на скромные габариты и низкую стоимость, средний настольный 3D-принтер имеет весьма приличный производственный потенциал. Годовая производительность аппарата превосходит 100 кг полимерных изделий. Это примерно в 2 раза больше количества производимых фабриками полимерных продуктов на одного жителя планеты ежегодно.

"Иными словами, теоретически персональный 3D-принтер может полностью покрыть потребности своего владельца в пластмассовых продуктах, - говорит руководитель Fab Lab НИТУ "МИСиС" Владимир Кузнецов. Все дело в отношении. Если перестать относиться к 3Д-принтеру как к устройству, с помощью которого можно получать "распечатку" - объемную реплику компьютерной модели и начать относиться к нему, как к программно контролируемому и перемещаемому в трех осях экструдеру, то есть к производственной машине, то изменится сама парадигма".

По мнению резидентов Fab Lab НИТУ "МИСиС", у идеального принтера должна быть только одна кнопка - print, и все процессы превращения компьютерного файла в "распечатку" должны быть скрыты от пользователя. Идеальная производственная машина, напротив, должна предоставлять пользователю полный контроль над технологическими параметрами процесса.

В лаборатории персонального цифрового производства Fab Lab НИТУ "МИСиС" активно работают над преобразованием обычного 3D-принтера в реальное средство производства.

"В опубликованной работе мы показали, что значительно повысить прочностные характеристики полимерного изделия можно, обеспечив достаточно высокую температуру на границе между формирующимися и предшествующим ему слоем детали, - рассказывает один из соавторов исследования аспирант кафедры материаловедения цветных металлов Азамат Тавитов, -

В свою очередь, воздействовать на температуру на границе слоев мы можем, меняя температуру сопла, скорость печати, интенсивность обдува детали и даже количество одновременно печатающихся изделий. Еще один ключевой параметр, влияющий на прочность сцепления между слоями и, соответственно, на прочность всего изделия - это эффективность экструзии (продавливания полимерной "строчки" принтера). Мы показали, что реальная производительность 3D принтера сильно зависит от температурных условий процесса.

Максимизировав температуру изделия и эффективность экструзии, мы можем вплотную приблизить прочность на межслойной границе к прочности самого материала. Как показало исследование на конкретных кейсах, вне зависимости от геометрии изделия оптимизация температурных параметров процесса дает заметные результаты - прочность деталей по сравнению с обычными, напечатанными по стандартным параметрам возрастает до двух раз".

В настоящее время коллектив продолжает экспериментальные исследования полимерной печати, изучая взаимосвязь геометрии компьютерной модели и прочности готового изделия.

+7 495 647-23-09

Справка о НИТУ "МИСиС"

НИТУ "МИСиС" - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ "МИСиС" также представляет собой полноценный научный центр. Университет занимает ведущие позиции в мире в предметных рейтингах THE, QS и ARWU сразу по 13 направлениям, входя в топ-100 в категориях "Инжиниринг-Горное дело" (рейтинг QS) и "Инжиниринг-Металлургия" (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ "МИСиС" в группе 101+ лучших вузов (рейтинг QS).

Стратегическая цель НИТУ "МИСиС" к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нанотехнологий и ИТ. В состав университета входит 10 институтов, 6 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В НИТУ "МИСиС" учится более 22 000 обучающихся из 81 страны мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. НИТУ "МИСиС" успешно реализует совместные проекты с крупнейшими высокотехнологичными компаниями России и мира.