Пермские политехники научились предсказывать поведение 3D-печатных фотополимерных мастер-моделей в прецизионном литье

Тепловое расширение мастер-моделей из фотополимеров может приводить к повреждению литейных форм и образованию брака. Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали компьютерную модель для отслеживания поведения фотополимерных смол, чтобы прогнозировать их состояние. Разработка позволит предсказывать свойства полимеров с точностью до 95% и тем самым избегать появления дефектов.

3D-печать фотополимерными смолами среди прочего применяется в прецизионном литье, где с помощью 3D-принтеров создаются мастер-модели. Вокруг модели формируется огнеупорная оболочка, затем смола выжигается, а в образовавшиеся полости заливается металлический расплав. Таким образом делают имплантаты и сложнопрофильные детали, например лопатки газотурбинных двигателей.

«После остывания форму разбивают и получают готовую металлическую деталь. Проблема заключается в том, что при выжигании фотополимеры сильно расширяются. Из-за этого в литейных формах образуются деформации и трещины, и по итогу они часто приходят в негодность. Неравномерное расширение материала портит качество отливок и увеличивает процент брака», — рассказала руководительница студенческого проектно-конструкторского бюро «Технологическая механика аддитивных и литейных процессов», ассистент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Вероника Струкова.

Ученые Пермского политеха создали на основе экспериментальных данных компьютерную модель, позволяющую прогнозировать свойства материала в зависимости от температуры, сообщает пресс-служба вуза на портале Naked Science. Это позволит минимизировать образование дефектов.

«Наша модель предсказывает поведение фотополимеров при нагреве и позволяет контролировать его режимы. Мы провели многофакторное моделирование и сравнили результаты с экспериментальными данными и опытными разработками, ранее реализованными в рамках коллаборации ученых ПНИПУ. В результате получилось, что виртуальная копия фотополимеров допускает погрешность менее менее пяти процентов, учитывает скорость нагрева и сорок ключевых параметров. Это позволяет заранее выявлять риски деформаций и трещин, оптимизировать процесс выжигания моделей и снижать брак, а также сокращать производственные потери», рассказала доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики, заведующая лабораторией цифрового инжиниринга машиностроительных процессов и производств Анна Каменских.

«Сейчас собираются данные о том, как настройки 3D-печати — скорость, температура, освещение — влияют на качество фотополимерных моделей, и как эти материалы ведут себя при нагреве. Вся информация заносится в цифровую базу, которая постоянно обновляется по мере поступления новой информации. Это поможет быстрее подбирать материалы, оптимальные режимы печати и выжигания моделей, сокращая время и брак в производстве литейных форм», — пояснил старший преподаватель кафедры инновационных технологий машиностроения ПНИПУ Дмитрий Пустовалов.

Модель, разработанная учеными ПНИПУ, способствует повышению качества изделий и снижению производственных затрат. Результаты исследования будут полезны в отраслях промышленности, где используется фотополимерное производство, например в аэрокосмической, автомобильной сфере, машиностроении, а также стоматологии и ювелирном деле.

Исследование проведено в рамках программы Передовой инженерной школы «Высшая школа авиационного двигателестроения» при поддержке Правительства Пермского края на создание и развитие студенческих проектно-конструкторских бюро. Результаты опубликованы в журнале «Вестник Чувашского государственного педагогического университета имени И. Я. Яковлева».

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.