Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Рис.1. Зависимость комплексного модуля упругости от температуры
С развитием аддитивных технологий и внедрением фотополимерных материалов в литейное производство открываются новые перспективы для создания сложных геометрических форм и улучшения качества отливок. Фотополимеры, благодаря своим уникальным свойствам, таким как высокая точность, гладкость поверхности и возможность получения сложных геометрий, становятся все более популярными в производственных процессах [1]. Из-за большого влияния температуры на поведение материала в процессе выжигания требуется определение их термомеханических свойств и создание численных моделей, как материалов, так и этапов технологического процесса для минимизации выбраковки литейных форм. Одним из ключевых факторов, определяющих качество и характеристики напечатанных объектов, является направление печати [2]. Этот аспект влияет на механические свойства, прочность, точность и эстетические качества готовых изделий. В процессе 3D печати слои материала накладываются друг на друга, и выбор направления их укладки может существенно изменить поведение изделия под нагрузкой, его устойчивость к деформациям и даже срок службы. Таким образом, требуется экспериментальное определение зависимостей теплофизических и термомеханических свойств материалов от температуры.
В работе рассмотрены фотополимерные материалы различных производителей: HarzLabs, Gorky Liquid, JANG HE, Anycubic и др. Рассматриваемые материалы применяют или могут применять в технологическом процессе литья по выжигаемым моделям. Заявлено, что материалы имеют малую зольность. Для определения теплофизики и термомеханики свойств были проведены экспериментальные исследования на базе лаборатории пластмасс ПНИПУ. Были определены: коэффициент Пуассона, модуль потерь, комплексный модуль упругости, температура стеклования, КЛТР и т.д. На рисунке представлены результаты зависимости комплексного модуля упругости от температуры для материала HarzLabs Cast Chery (фотополимерная смола, разработанная для стоматологических целей фирмой HarzLabs (г. Москва, Россия)).
Можно отметить, что комплексный модуль упругости для представленного материала не зависит от направления печати. Наибольшее значение достигается при печати по слоям по высоте.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Правительства Пермского края, соглашение от 26.02.2025 г. № С-26/940.1.
1. Струкова В.И., Каменских А.А., Носов Ю.О., Пустовалов Д.О. Термомеханическая модель поведения фотополимерного материала // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. – 2025. – №1(63). – С. 65-75. DOI:10.37972/chgpu.2025.63.1.006
2. Андрианов П. А., Колмаков А. Е., Уткин М.М. Литье стали по выжигаемым аддитивным моделям // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2019. – № 4. – С. 436-444.
Вероника Ивановна Струкова
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Рис. Напечатанные тестовые модели из разных фотополимерных материалов
Литейная промышленность занимает первое место по производству металлических деталей в машиностроении и станкостроении. Применение гибридных подходов основанных на сочетание аддитивных технологий и литья раскрывает новые перспективы по развитию отрасли, увеличению гибкости и функциональности технологий. При изготовлении деталей с применением методики быстрого прототипирования становится возможным формирование уникальных форм и конструкций, в том числе тонкостенных со сложной пространственной конфигурацией [1-3]. Существует большая номенклатура фотополимерных материалов. Фотополимеры могут быть использованы для выращивания выжигаемых моделей. Для получения отливок без брака, необходимо, еще на стадии 3D печати, получить фотополимерные модели, удовлетворяющие критериям качества относительно геометрии и морфологии поверхности. Однако, необходимо учитывать огромное количество факторов, влияющих на результат аддитивного производства. Основными параметрами являются: время экспозиции, время засветки базового слоя, толщина слоя, усадка и др.
В работе рассмотрено более 10 фотополимерных материалов Российского (HarzLabs, Gorky Liquid) и иностранного производства (JANG HE, Anycubic и др.). Для определения рациональных параметров печати из фотополимерных материалов использовалась тестовая модель DLP принтера Anycubic Photon Mono M7 Pro. После окончания печати, модель промывается в изопропиловом спирте в течение 10 минут, высушивается на воздухе и, затем, подвергается пост полимеризации под УФ-излучением в течение 30 минут. Установлено, что рекомендуемые параметры производителя не всегда являются рациональными для получения качественной модели. Время экспозиции одного слоя является одним из важнейших параметров, которые нужно правильно и аккуратно подбирать: при уменьшении времени экспозиции появляются провисания; при увеличении времени происходит переотверждение и дополнительное отверждение близ лежащего материала и как следствие уменьшение точности напечатанной модели. На рисунке представлены напечатанные тестовые модели с рациональными параметрами печати.
Выполнена структуризация полученных данных для всех материалов. Сформирован перечень дефектов, наблюдаемых при аддитивном выращивании тестовых моделей. Сформулированы рекомендации по параметрам 3D печати, а также по использованию фотополимерных материалов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Правительства Пермского края, соглашение от 26.02.2025 г. № С-26/940.1.
1. Знаменский, Л. Г., Солодянкин А.А., Полиновский В.Б. Прогрессивные материалы в точном литье по выжигаемым моделям // Военный научно-практический вестник. – 2023. – № 1(17). – С. 53-62.
2. Lin C.Y. Rethinking and researching the physical meaning of the standard linear solid model in viscoelasticity // Mechanics of Advanced Materials and Structures. – 2023. – Vol. 31(11). – P. 2370-2385.
3. Струкова В.И., Каменских А.А., Носов Ю.О., Пустовалов Д.О. Термомеханическая модель поведения фотополимерного материала // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. – 2025. – №1(63). – С. 65-75. DOI:10.37972/chgpu.2025.63.1.006
Вероника Ивановна Струкова
