Фотополимеры — один из ключевых материалов высокоточной 3D-печати. Однако в процессе нагрева до 450 °C пластиковые прототипы расширяются и давят на хрупкую керамическую оболочку, вызывая микротрещины. Исследователи Пермского Политеха создали принципиально новую математическую модель, учитывающую и упругость, и вязкость материала во всем диапазоне температур.
Об этом "Газете.Ru" сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.Фотополимер затвердевает под воздействием ультрафиолета и позволяет получать детали с высокой точностью. Но при нагреве его поведение резко меняется: вначале он остается достаточно жестким, затем начинает размягчаться, а позже переходит в высокоэластичное состояние и активно течет.
Именно переходные температурные зоны представляют наибольшую опасность. Когда материал еще достаточно твердый, но уже начал расширяться, он оказывает огромное давление на стенки керамической оболочки, повреждая ее. На глаз такие дефекты чаще всего не видны, но при заливке металлом раскрываются в виде наплывов и раковин.
Чтобы точно описать изменения материала, ученые провели детальные эксперименты. Фотополимерный образец поместили в динамический механический анализатор. Прибор одновременно нагревал материал и слегка раскачивал его, фиксируя каждую секунду температуру, жесткость, упругость и вязкость.
Как пояснил ведущий инженер Глеб Ильиных, удалось выделить ключевые точки: при 25 °C материал ведет себя как твердый пластик, около 50 °C он начинает размягчаться и при 100 °C переходит в высокоэластичное состояние, активнее всего расширяясь.
Кроме того, измерили тепловое расширение с помощью дилатометра. Оказалось, что каждые 10 °C нагрева увеличивают длину фотополимера на 0,01–0,02 мм на каждый сантиметр. То есть деталь длиной 30 см может удлиниться на 4–8 мм. Именно это механическое давление и разрушает форму — как вода, которая, превращаясь в лед, разрывает бутылку изнутри.
На основе всех данных создана математическая модель, способная предсказывать поведение любого фотополимера при нагреве. Инженер загружает 3D-модель в программу, которая проводит виртуальные термические испытания: вычисляет, как будет деформироваться каждая точка детали при нагреве до 450 °C, и показывает зоны критических напряжений.
Разработка позволяет значительно уменьшить долю брака, сократить материальные потери и повысить надежность изделий для авиации, энергетики и машиностроения.
Свежие комментарии