Исследователи под руководством Мехии и соавторов разработали систему мониторинга и управления в режиме реального времени для 3D-печати термореактивных полимеров методом прямой чернильной печати (DIW). Система решает проблемы управления процессом полимеризации во время печати, особенно для термореактивных материалов, отверждающихся посредством фронтальной полимеризации. Результаты их работы опубликованы в журнале npj Advanced Manufacturing.

Система объединяет инфракрасную термографию и оптические датчики для мониторинга процесса отверждения. Инфракрасная термография обеспечивает температурное картирование для выявления областей, подвергающихся экзотермической полимеризации, а оптические датчики отслеживают изменения прозрачности или цвета материала, коррелирующие со скоростью конверсии. Эти данные поступают в замкнутую систему управления, которая в режиме реального времени корректирует параметры печати, такие как скорость экструзии чернил, температура осаждения и скорость печатающей головки.

Технология использует алгоритмы машинного обучения для прогнозирования и реагирования на движение фронта полимеризации. Традиционные системы управления используют заранее заданные пороговые значения, которые, по мнению исследователей, неадекватны для учета изменчивого характера фронтальной полимеризации. Адаптивная система управления направлена на сокращение времени печати и количества отходов материала, а также на повышение его однородности.

Испытания проводились на термореактивных чернилах на основе акрилата, обычно используемых в промышленных процессах прямой печати. Исследователи сравнивали отпечатанные прототипы с образцами, отверждёнными традиционным способом, с помощью механических испытаний, термического анализа и микроскопии. Результаты показали улучшение равномерности отверждения, механической прочности и точности размеров по сравнению с традиционными методами.

Система разработана с использованием готовых компонентов и программных фреймворков с открытым исходным кодом для интеграции в существующие промышленные 3D-принтеры. Исследователи отмечают, что их алгоритмы сборки и управления датчиками могут быть адаптированы для других систем материалов, подвергающихся термически активируемым реакциям, включая тиоленовые клик-химические соединения и эпоксидные сети. Модульная конструкция направлена на обеспечение более широкого внедрения в различные области применения термореактивных полимеров.

Источник