Основная проблема послойной 3D-печати методом «послойная печать» и экструзии полимеров (FFF/FGF) — нестабильное качество сварки материала как внутри, так и между слоев, что приводит к низким механическим характеристикам изделий и их разрушению. Чтобы этого избежать, важно оперативно управлять температурой материала в процессе печати.

Ученые Пермского Политеха (ПНИПУ) разработали математическую модель для определения оптимальных локальных режимов нагрева при 3D-печати, которая позволит создавать качественные полимерные изделия для авиации, строительства и медицины, сообщается в пресс-релизе вуза.

Перед производством стоит задача — контролировать все изменения температуры сварки и ее влияние на материал. Для этого ученые ПНИПУ разработали математическую модель с использованием оперативного управления мощностью нагрева наносимого полимера. С ней специалисты смогут управлять температурой полимера в реальном времени по рассчитанным в ходе математического моделирования режимам. Ранее отслеживать и регулировать температуру сварки в процессе 3D-печати методом горячей экструзии (FFF/FGF) не представлялось возможным.
«Мы использовали индукционный экструдер собственного производства — это устройство, которое позволяет оперативно регулировать температуру экструзии в процессе послойной печати по технологии FFF/FGF. Далее мы разработали математическую модель с оперативным управлением температурой полимерного материала, которая определяет оптимальные локальные режимы нагрева в процессе печати. Мы проверили модель, напечатав тестовые образцы. Эксперимент показал, что недостаточный нагрев или перегрев полимерного материала вызывает закономерное появление дефектов. Применение нашей модели позволяет избежать таких дефектов, повысить качество и стабильность сварки материала», — поделился научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ Александр Осколков.

Все полученные результаты моделирования полностью согласуются с экспериментальными данными. Теперь во время 3D-печати методом горячей экструзии управлять температурой стало легко, а изделия получаются прочными и долговечными. Разработка ученых ПНИПУ может быть полезна при изготовлении функциональных изделий для машиностроительной, авиационной и медицинской промышленности.

Статья с результатами опубликована в журнале Polymers, №15, 2023 год. Исследование выполнено в рамках программы мегагрантов, контракт № 075-15-2021-578.

Источник