Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета придумали, как ускорить проверку 3D печатных материалов. Дело в том, что в процессе послойного создания деталей из пластика, металла или композита по цифровой 3D-модели направление печати может быть разным — 45, 60, 90 градусов и т. д. Это влияет на итоговые свойства продукта, в том числе способность выдерживать большие нагрузки. Предсказать, какой угол печати даст минимальную прочность, невозможно.
Поэтому перед запуском в эксплуатацию инженеры делают множество тестовых образцов под разными углами и испытывают их, имитируя реальные условия. Этот процесс требует много времени и дорогостоящего материала. Для проверки каждого направления печатают 4–6 стандартных образцов. Их подвергают нагрузкам до полного разрушения, тем самым проверяя на растяжение, сжатие, изгиб, твердость, выносливость и многие другие факторы. Тест только одного образца занимает более 10 часов, а все испытания — до нескольких недель.
Новая методика экспресс-оценки прочности 3D печатных материалов, разработанная в Пермском Политехе, сокращает время проверки в три раза по сравнению с классическим способом. Вместо множества образцов эксперты предлагают использовать одну уникальную конструкцию в виде колеса. С ней можно проверить прочность сразу в четырех направлениях, что значительно экономит время и деньги.
«Новый тип конструкции представляет собой колесо, в центре которого находится одно круглое отверстие, а по окружности симметрично расположены еще восемь в форме равнобедренных трапеций. Образец печатают из того же материала и на том же оборудовании, что и будущие детали, устанавливают в испытательной машине и подвергают циклическим нагрузкам (многократному изгибу). Она одновременно нагружает все восемь рабочих поверхностей — перемычек между отверстиями — до их разрушения. По появляющимся деформациям можно определить, где материал слабее всего. Направление, где деталь сломалась после наименьшего числа циклов испытания, и есть самое слабое и опасное», — поделился Артем Ильиных, доцент кафедры «Экспериментальная механика и конструкционное материаловедение» ПНИПУ, старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики, кандидат технических наук.Ученые говорят, что новый метод позволяет быстро и достоверно оценить надежность 3D печатного материала, дает возможность в два раза уменьшить количество образцов, сэкономив материалы, и сократить время испытаний с нескольких недель до 1–7 дней.
Технология может быть востребована во всех отраслях, использующих 3D-печать, — например, при производстве костных имплантов из композитов, которые при эксплуатации обычно подвергаются высоким нагрузкам.
На изобретение получен патент.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «Молодежь и дети»).
