CC BY
0Б01 10.24412/с1-37280-2024-1 -26-30
Нагель Артур Евгеньевич, аспирант ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет» (Сибстрин), г. Новосибирск
Садырев Дмитрий Витальевич, студент ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет» (Сибстрин), г. Новосибирск
Самойлов Феликс Юрьевич, студент ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет» (Сибстрин), г. Новосибирск
Применение аддитивных технологий при моделировании напряженно-деформированного состояния различных объектов
Аннотация. Настоящее исследование направлено на изучение материалов и 3D-принтеров зарубежной компании Stratasys, а также на изучение российского рынка и поиск аналогов фотополимерам и принтерам с современной технологией Polyjet от Stratasys. Сделаны тарировочные испытания фотополимера отечественного производителя методом фотоупругости.
Ключевые слова: 3Э-принтеры, технология 3D-печати, технология PolyJet, фотополимерная смола, метод фотоупругости.
Введение
В конце ХХ века появились первые технологии 3D-печати и с годами они совершенствовались. В настоящее время аддитивные технологии являются неотъемлемой частью жизни человека. 3D-принтеры используются в медицине, науке и производстве.
Магистерские слушанья
Stratasys - это американо-израильская компания, которая специализируется на производстве принтеров для ßD-печати и фотополимерных смол. В 1989 году в штате Миннесота (США) инженер Стивен Скотт Крамп основал компанию Stratasys. В 2012 году произошло слияние Stratasys и Objet Ltd, базирующейся в Израиле и занимающейся производством фотополимерных смол. Таким образом, компания Stratasys в настоящее время занимается производством не только SD-принтеров, но и материалов для объёмной печати.
VeroClear - это светочувствительный материал с высокими прочностными характеристиками. Уникальность материала заключается в том, что в моделях после печати или механической обработки не возникают остаточные напряжения, что имеет большое значение с точки зрения применения этого материала в методе фотоупругости для изготовления моделей.
В работе учёных из Китая представлены результаты изучения фотополимерных смол на предмет их использования в методе фотоупругости [1]. В статьях [2, 3] описано напряженно-деформированное состояние бетона и трещиноватого угля, полученное поляризационно-оптическим методом на моделях из фотополимеров. Материалы и 3D-принтеры, использованные в упомянутых выше исследованиях зарубежных учёных, принадлежат компании Stratasys. У SD-прин-теров и фотополимеров компании Stratasys множество преимуществ, но их высокая цена сводит на нет эти плюсы. Целью данной работы является поиск отечественных аналогов принтерам и материалам компании Stratasys.
Сравнительный анализ характеристик 3Б-принтеров различных компаний
С. Скотт Крамп в 1989 г. запатентовал технологию SD-печати FDM (рис. 1) - послойное наплавление пластика. А уже в 1993 г. под его руководством был разработан еще один инновационный метод печати PolyJet (рис. 1) - послойное напыление одновременно нескольких различных фотополимерных смол.
В рамках настоящего исследования проведено сравнение принтеров Stratasys 0bjet30 Pro и StarLight 3D от 3DSLA (рис. 2), поддерживающих метод печати, схожий с PolyJet. Результаты сравнения представлены в таблице 1.
Рисунок 1. Технология 3D-печaти FDM (слева) и технология 3D-печати PolyJet (справа)
Рисунок 2. Принтер Stratasys 0bjet30 Pro(слева) и 3DSLA StarLight 3D (справа)
Таблица 1
Сравнение принтера отечественного производства с принтером компании Stratasys
Производитель Принтер Толщина слоя, мкм Размер области построения, мм Материал Технология печати Цена, млн. руб.
^ stratasys Objet30 Pro 16-36 294х192х149 Фотополимерная смола PolyJet 1,96
J3DSLA.RU* StarLight 3D 12 124х70х180 DLP1 0,75
Примечания: 1 - DLP (Digital Light Processing) - технология печати, основанная на послойном напылении материала на рабочую поверхность и моментальном высушивании слоя с помощью UV-излучения. Метод похож на PolyJet, но есть одно существенное различие - технология, запатентованная Stratasys, позволяет печатать несколькими материалами одновременно (флагман от Stratasys допускает печать сразу семью различными материалами).
Принтер от 3DSLA нельзя назвать полным аналогом Stratasys, так как он не способен напечатать модель разными материалами одновременно. Если разбить модель на несколько частей и циклов, то можно добиться желаемого результата, но на такую работу потребуется больше времени.
Магистерские слушанья
Сравнение пьезооптических свойств фотополимерных смол
Проведены тарировочные испытания диска (рис. 3) на поляризационно-проекционной установке (ППУ-7) методом фотоупругости. При одноосном сжатии получены картины полос интерференции (рис. 4).
Рисунок 3. Образец из материала HARZ Labs (слева) и схема нагружения модели (справа)
Рисунок 4. Картины полос интерференции в диске при нагрузке 0,83 кН и 1,67 кН
В результате тарировочных испытаний вычислено значение «цены» полосы материала HARZ Labs по напряжениям: а^'0 = 4281,46 кПа • см.
Данный материал оказался недостаточно прозрачным, с низкой оптической чувствительностью, слишком малой для того, чтобы быть аналогом VeroClear. Кроме того этот материал уступает по пьезооптическим характеристикам фотополимерам, описанным в работах [4-6].
Заключение
В настоящее время на российском рынке нет аналогов принтерам и материалам компании Stratasys. Остаётся ждать развития отечественного производства аддитивных технологий и материалов.
Библиографический список
1. Visualization of the three-dimensional structure and stress field of aggregated concrete materials through 3D printing and frozen-stress techniques // Yang Ju, Wang Guo, Zhangyu Ren, Jiangtao Zheng, Lingtao Mao, Xuan Hu, Peng Liu // Construction and Building Materials 143, 2017. С. 121-137
2. Experimental study on mechanical and optical properties of printable photopolymer used for visualising hidden structures and stresses in rocks // Yang Ju, Wang Guo, Zhangyu Ren, Jiangtao Zheng, Lingtao Mao, Xuan Hu, Peng Liu // Optical Materials 111. 2021. - 110691
3. Optical method to quantify the evolution of whole-field stress in fractured coal subjected to uniaxial compressive loads // Yang Ju, Wang Guo, Zhangyu Ren, Jiangtao Zheng, Lingtao Mao, Xuan Hu, Peng Liu // Optics and Lasers in Engineering 128. 2020. - 106013
4. Исследование пьезооптических свойств фотополимерных смол Weistek Toughness Photopolymer Resin и Anycubic Basic // Ф. С. Волков // Труды Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин), Т. 26, №4 (90), 2023. С. 28-38
5. Сравнение пьезооптических свойств фотополимерных смол Weistek Toughness Photopolymer Resin и Anycubic Basic // Ф. С. Волков, М. В. Таба-нюхова // Интеллектуальный потенциал Сибири. Материалы 31-ой Региональной научной студенческой конференции: в 7 частях. Новосибирск, 2023. С. 92-95.
6. Исследование пьезооптических свойств водорастворимой фотополимерной смолы // Э. А. Мглинец, Н. А. Медведева, М. В. Табанюхова // Интеллектуальный потенциал Сибири. Материалы 31 -ой Региональной научной студенческой конференции: в 7 частях. Новосибирск, 2023. С. 107-110.
