Ученые Пермского политеха изучили зависимость свойств 3D-печатных металлических изделий от направления выращивания

Исследование расширяет экспериментальную базу для прогнозирования свойств 3D-печатных изделий. Это улучшит их прочность и продлит срок службы, в том числе за счет правильно выбранных технологических параметров печати.

В сферу тяжелого машиностроения внедряют аддитивные технологии для производства металлургического и горно-шахтного оборудования, тяжелых станков и грузоподъемных кранов, конвейеров, экскаваторов, крупных морских судов и вагонов. С их помощью создают конструкции с высокой точностью и сложной геометрией внутренних элементов и каналов, что невозможно при традиционных способах литья и механической обработки.

Из-за послойного формирования во время 3D-печати свойства внутренних структур получаются неравномерными, поэтому качество и срок службы изделий снижаются. Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета провели ряд тестов на устойчивость таких материалов к разрушению, сообщает пресс-служба вуза на портале «Научная Россия». Результаты позволят расширить экспериментальную базу программ, сопровождающих жизненный цикл 3D-печатных изделий, и за счет этого производить качественные и долговечные конструкции.

Во время печати методом послойного селективного сплавления металлопорошковых композиций (SLM) 3D-принтер выстраивает слои в заданном направлении под определенным углом наклона. Если эти параметры выбраны некорректно, то появляются микротрещины, поры и другие дефекты, приводящие к ухудшению механических свойств и разрушению изделий, поэтому важно учитывать и предсказывать, как разные направления печати влияют на поведение материалов.

Сложная геометрия 3D-изделий и действующие ударные и весовые нагрузки определяют характер внутренних напряжений. Проведение комплексных экспериментов при разных видах испытаний и анализ материала на растяжение и кручение помогают отслеживать пределы прочности, текучести и упругости. Первый показатель влияет на противостояние разрушению. Второй определяет значение напряжения, при котором происходит пластическая деформация без увеличения нагрузки. Третий отвечает за способность материала сохранять форму и размеры. Учет всех этих факторов повышает точность расчетов состояния изделий в процессе эксплуатации.

Ученые Пермского политеха проанализировали изменение аддитивного материала при воздействии разных нагрузок. Для заготовок взяли алюминиевый порошок АСП-35 (AlSi10Mg), используемый в пиротехнической продукции, производстве резины и автопокрышек, солнечных батарей, огнеупорных и керамических материалов. Образцы выращивали под углами 0, 30, 45, 60 и 90 градусов.

«Испытания на растяжение показали, что сопротивление разрушению выше у образцов, выращенных горизонтально под углом ноль градусов. Выявленный предел выносливости для всех направлений — 110 МПа. Образцы, напечатанные под углом 45 градусов, менее устойчивы к разрушению при кручении, чем под углом 60 и 90. В целом испытания на кручение лучше позволяют оценивать неоднородность материалов и могут быть использованы для более эффективного подбора параметров лазерной печати», — рассказал старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ Артем Ильиных.

Исследование проведено при финансовой поддержке Российского центра научной информации и Министерства образования и науки Пермского края, результаты опубликованы в журнале «Вестник ПНИПУ. Механика». 

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.