Фотополимеры становятся неотъемлемой частью современных производственных процессов в авиационной, космической, автомобильной, ювелирной и стоматологической сферах. Эти уникальные материалы, представляющие собой жидкие смолы, затвердевают при воздействии ультрафиолетового излучения, позволяя создавать высокоточные модели сложных деталей с помощью 3D-печати. Их применение открывает путь к изготовлению имплантов, газотурбинных лопаток, а также элементов для протезирования и других задач, где требуется максимальная точность.
Фотополимеры: перспективы и современные вызовы
В технологии аддитивного производства используется следующий инновационный подход: сначала 3D-принтер формирует детализированную модель из фотополимерной смолы, затем эта заготовка помещается в специальную огнеупорную форму, выполненную из гипса или формовочных смесей. На следующем этапе конструкцию подвергают обжигу при высокой температуре, в результате чего фотополимерная модель выгорает, оставляя полость — форму для заливки расплавленного металла. После охлаждения и удаления матрицы специалисты получают изделие с идеально повторяющей форму модели геометрией.
Однако на этом пути возникает важная проблема: при нагревании фотополимеры имеют склонность к неравномерному расширению, что может привести к деформациям и трещинам в огнеупорной форме. Такой дефект способствуют увеличению доли брака и финансовых потерь. Проблема особенно актуальна при работе с высокоточными деталями, где высокое качество литья критично.
Научный прорыв ПНИПУ: продвинутое моделирование процессов
Группе ученых из Пермского Национального Исследовательского Политехнического Университета (ПНИПУ) под руководством Вероники Струковой и экспертов, среди которых Анна Каменских и Дмитрий Пустовалов, удалось сделать значительный шаг вперед в решении этой задачи. Исследователи провели комплексное изучение поведения фотополимерных материалов в условиях воздействия высоких температур, что позволило создать точную компьютерную модель расширения материалов.
В основе исследования лежит методика сопоставления экспериментальных данных о физических и механических свойствах фотополимеров с результатами компьютерного моделирования. Благодаря их работе стало возможным прогнозировать реакции материалов на температурные воздействия и обнаруживать риски возникновения дефектов еще до начала производства.
Инновационная цифровая база и совершенствование качества изделий
Современная цифровая платформа, разрабатываемая с участием ПНИПУ, аккумулирует и обновляет сведенья о поведении фотополимеров при различных технологических параметрах: скорости печати, температуре, интенсивности ультрафиолетового излучения и особенностях плавления. Постоянное пополнение этой базы дает инженерам и технологам важное преимущество — возможность мгновенно подобрать оптимальные условия печати и выжигания моделей для каждой конкретной задачи.
Благодаря такому подходу снижается вероятность появления брака, сокращается время на производство высокоточных литейных форм, что особенно важно для зубных протезов, турбинных лопаток и сложных промышленных деталей.
Роль команды и вклад в промышленное производство
Вероника Струкова, возглавляющая проектно-конструкторское бюро по технологической механике аддитивных и литейных процессов при ПНИПУ, делится подробностями: создание такого рода моделей позволило анализировать более 40 ключевых параметров, влияющих на поведение фотополимеров при термообработке. Многофакторное моделирование, выполненное исследовательской группой, доказало, что виртуальные прогнозы практически совпадают с результатами практических экспериментов, а средняя погрешность результатов не превышает 5%.
Доцент кафедры, заведующая профильной лабораторией цифрового инжиниринга Анна Каменских отмечает, что такой высокий уровень точности открывает новые горизонты для минимизации производственного брака и оптимизации технологических процессов в самых разнообразных сферах машиностроения, медицины и ювелирного дела.
Цифровая эволюция: от исследований к индустриальному внедрению
Дмитрий Пустовалов, старший преподаватель кафедры «Инновационные технологии машиностроения» ПНИПУ, акцентирует внимание на важности сбора и анализа данных, позволяющих отслеживать связь между технологическими параметрами печати и качественными характеристиками конечных изделий. Благодаря единой информационной базе удаётся не только ускорить этапы подготовки производства, но и гарантировать высокое качество сложных литейных форм, исключая неожиданные деформации.
Внедрение разработанной модели в производственные процессы оказывает позитивное влияние на сокращение материальных затрат предприятий, повышая их конкурентоспособность. Как отмечают эксперты, данная система будет востребована во многих промышленных отраслях, включая авиакосмическую промышленность, автомобилестроение, стоматологию, ювелирное дело, где особенно важны минимальные допуски и надежность получаемых деталей.
Оптимистичный взгляд в будущее отрасли
Публичные достижения команды ПНИПУ, к которой причастны такие энтузиасты науки и инженеринга, как Вероника Струкова, Анна Каменских и Дмитрий Пустовалов, вдохновляют на дальнейшее развитие технологий фотополимеров. Эти инновации, воплощённые в новых подходах аддитивного моделирования и цифрового управления производством, служат движущей силой прогресса для современных производственных отраслей.
Интеграция умных цифровых моделей и накопленных экспериментальных данных не только гарантирует высокое качество изделий, но и формирует новые стандарты в области точности, экономичности и надёжности. Внедрение инновационных решений ПНИПУ открывает новые перспективы для развития отечественной промышленности и формирует позитивные тенденции для всего рынка высокотехнологичного производства.
Источник: naked-science.ru
