Тривалість 3D-виробів покращиться.

У сфері важкого машинобудування активно впроваджують адитивні технології для виготовлення металургійного та гірничо-шахтного обладнання, важких верстатів та кранів, конвеєрів, екскаваторів, великих морських суден і вагонів. Завдяки цим технологіям створюють конструкції з високою точністю та складною геометрією внутрішніх елементів і каналів, що є неможливим за традиційними методами лиття та механічної обробки. Оскільки під час 3D-друку відбувається пошарове формування, властивості виробів виходять нерівномірними, що знижує їх якість та термін служби. Вчені Пермського Політеху провели низку тестів на стійкість таких матеріалів до руйнування. Результати цих досліджень дозволять розширити експериментальну базу програм, що супроводжують життєвий цикл 3D-виробів, і, завдяки цьому, виготовляти якісні та довговічні конструкції з адитивних матеріалів.

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

Стаття опублікована в журналі «Вісник ПНІПУ. Механіка». Робота виконана за фінансової підтримки Російського центру наукової інформації та Міністерства освіти і науки Пермського краю.

Під час друку 3D-принтер нашарує шари в заданому напрямку під певним кутом нахилу. Якщо ці параметри вибрані неправильно, виникають мікротріщини, пори та інші дефекти, що призводять до погіршення механічних властивостей і руйнування виробів. Саме тому важливо враховувати та передбачати, як різні напрямки друку впливають на поведінку адитивних матеріалів.

Складна геометрія 3D-виробів та діючі на них ударні та вагові навантаження визначають характер напружень всередині матеріалу. Проведення комплексних експериментів за різними видами випробувань та аналіз матеріалу на розтягування та кручення допоможуть відстежити межі міцності, текучості та пружності. Перший показник впливає на опір руйнуванню. Другий визначає значення напруження, при якому відбувається пластична деформація без збільшення навантаження. Третій відповідає за здатність матеріалу зберігати свою форму та розміри. Урахування всіх цих факторів підвищує точність розрахунків стану виробу в процесі експлуатації.

Вчені Пермського Політеху проаналізували зміни адитивного матеріалу під впливом різних навантажень. Для заготовок використали алюмінієвий порошок АСП-35 (AlSi10Mg), який застосовується в піротехнічній продукції, виробництві гуми та автомобільних шин, сонячних батареях, вогнестійких та керамічних матеріалах. Зразки для дослідження вирощували під кутами 0, 30, 45, 60 та 90 градусів.

«Випробування на розтягування показали, що опір руйнуванню вищий у зразків, вирощених горизонтально під кутом нуль градусів. Виявлений межа витривалості для всіх напрямків – 110 МПа. Зразки, надруковані під кутом 45 градусів, менш стійкі до руйнування при кручення, ніж під кутом 60 та 90. Загалом випробування на кручення краще дозволяють оцінити неоднорідність матеріалів і можуть бути використані для більш ефективного підбору параметрів лазерного друку», – коментує Артем Ілїних, старший науковий співробітник Центру експериментальної механіки ПНІПУ, кандидат технічних наук.

Дослідження вчених Пермського Політеху розширює експериментальну базу для прогнозування властивостей 3D-виробів. Це покращить їх міцність і продовжить термін служби, в тому числі завдяки правильно обраним технологічним параметрам друку. Від якості складних виробів, з яких збирається відповідальне промислове обладнання, залежить безпека виробничих процесів.