Увеличьте долговечность 3D-изделий.

В области тяжелого машиностроения активно применяются аддитивные технологии для изготовления оборудования в металлургии и горнодобывающей промышленности, тяжелых станков, кранов, конвейеров, экскаваторов, а также крупных морских судов и вагонов. Эти технологии позволяют создавать конструкции с высокой точностью и сложной геометрией внутренних элементов и каналов, что невозможно достичь с помощью традиционных методов литья и механической обработки. Однако, из-за послойного формирования в процессе 3D-печати, свойства изделий могут быть неравномерными, что негативно сказывается на их качестве и долговечности. Ученые Пермского Политеха провели серию тестов на прочность таких материалов. Полученные результаты помогут расширить экспериментальную базу программ, поддерживающих жизненный цикл 3D-изделий, что в свою очередь позволит производить качественные и долговечные конструкции из аддитивных материалов.

2024-12-17 10:02:05https://naked-science.ru/article/column/dolgovechnost-3d-izdelij

Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Механика». Данная работа была выполнена при финансовой поддержке Российского центра научной информации и Министерства образования и науки Пермского края.

В процессе работы 3D-принтер накладывает слои в заданном направлении под определенным углом. Неправильный выбор этих параметров может привести к возникновению микротрещин, пор и других дефектов, что негативно сказывается на механических свойствах и может привести к разрушению изделий. Поэтому важно учитывать и прогнозировать, как различные направления печати влияют на поведение аддитивных материалов.

Сложная геометрия 3D-изделий и нагрузки, действующие на них, как ударные, так и весовые, формируют характер напряжений внутри материала. Проведение комплексных экспериментов с использованием различных видов испытаний, а также анализ материала на растяжение и кручение помогут определить пределы прочности, текучести и упругости. Первый показатель отвечает за устойчивость к разрушению. Второй определяет напряжение, при котором начинается пластическая деформация без увеличения нагрузки. Третий характеризует способность материала сохранять свою форму и размеры. Учет всех этих факторов повышает точность расчетов состояния изделия в процессе эксплуатации.

Исследователи Пермского Политеха изучили изменение аддитивного материала под воздействием различных нагрузок. В качестве заготовок использовали алюминиевый порошок АСП-35 (AlSi10Mg), который применяется в пиротехнической продукции, производстве резины и автопокрышек, солнечных батареях, а также огнеупорных и керамических материалах. Образцы для исследования были напечатаны под углами 0, 30, 45, 60 и 90 градусов.

«Испытания на растяжение показали, что образцы, выращенные горизонтально под углом ноль градусов, обладают более высоким сопротивлением разрушению. Предел выносливости для всех направлений составил 110 МПа. Образцы, напечатанные под углом 45 градусов, менее устойчивы к разрушению при кручении по сравнению с образцами под углом 60 и 90 градусов. В целом испытания на кручение лучше позволяют оценить неоднородность материалов и могут быть использованы для более эффективного выбора параметров лазерной печати», – отметил Артем Ильиных, старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ, кандидат технических наук.

Работа ученых Пермского Политеха способствует расширению экспериментальной базы для прогнозирования свойств 3D-изделий. Это позволит повысить их прочность и продлить срок службы, в том числе благодаря правильно выбранным технологическим параметрам печати. От качества сложных изделий, из которых изготавливается ответственное промышленное оборудование, зависит безопасность производственных процессов.