CC BY
20
НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / RESEARCH PAPER
УДК 691.175:620.178.311.84:004.9
DOI: 10.22227/1997-0935.2023.7.1078-1088
Влагопоглощение SD-печатных образцов PETG-пластика
Дмитрий Рудольфович Низин1, Татьяна Анатольевна Низина1, Анна Викторовна Марьянова1, Евгений Борисович Миронов2
1 Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва
(МГУ им. Н.П. Огарева); г. Саранск, Россия; 2 Инжиниринговый центр волоконной оптики; г. Саранск, Россия
АННОТАЦИЯ
Введение. Аддитивный способ изготовления предполагает возникновение у конечного изделия эмерджентных свойств, не присущих исходным элементам системы по отдельности. Эксплуатационные свойства изделий, полученных методом FDM-печати, начинают определяться не только свойствами используемого материала, но и параметрами печати — температурой сопла и стола, толщиной слоя, скоростью печати, направлением укладки слоев, их взаимным расположением и т.д. Таким образом, при проектировании 3D-печатных полимерных изделий с необходимыми характеристиками следует рассматривать систему «материал - параметры печати» совместно. Представлены результаты исследования влияния сорбционных показателей 3D-печатных образцов PETG-пластика, изготовленных методом FDM-печати, на их упруго-прочностные показатели.
Материалы и методы. Исследовались три группы 3D-печатных образцов PETG-пластика, изготовленных методом FDM-печати. Сбор, предобработка, анализ, статистическая обработка и визуализация полученных данных выполнены на языке программирования Python в интерактивной среде разработки Jupyter Notebook.
Результаты. Установлено, что влагосодержание 3D-печатных полимерных образцов может быть условно разделено на надструктурный и микроструктурный уровни. Сравнение предельных значений влагосодержания в различных сч сч условиях влагонасыщения показало, что первый уровень превосходит последний в 2-6 раз в зависимости от па-
раметров печати образцов. Влагосодержание надструктурного уровня не оказывает статистически значимого (для а = 0,01) влияния на предел прочности образцов при растяжении, вне зависимости от параметров печати образцов. 'ii ® Влага, сорбированная надструктурным уровнем, предположительно, может выступать в качестве концентратора на-
О з пряжений, препятствуя свободному течению образцов за границей предела прочности, что отражается в снижении
с $ показателя относительного удлинения при разрыве.
Выводы. Полученные результаты позволяют учитывать влияние влажностного состояния на упруго-прочностные ® ® свойства 3D-печатных изделий и конструкций на основе PETG-пластиков. Это, в свою очередь, способствует повы-
оо ф шению точности прогнозирования их поведения в реальных условиях эксплуатации.
* I
g з КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: FDM-печать, PETG-пластик, влагосодержание, надструктура, микроструктура, влагонасы-
Н 5 щенное состояние
• ^
^ ф Благодарности. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-79-00206 (URL: https://
= i3 rscf.ru/project/22-79-00206/).
О ф
0 3= ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Низин Д.Р., Низина Т.А., Марьянова А.В., Миронов Е.Б. Влагопоглощение 3D-печатных об-
g £ разцов PETG-пластика // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. Вып. 7. С. 1078-1088. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.7.1078-1088
03 ^
от Ц от Е
о о
СЧ N
Автор, ответственный за переписку: Дмитрий Рудольфович Низин, [email protected].
Moisture absorption of 3D-printed PETG plastic samples
E o
QL^ _
lo § Dmitrij R. Nizin1, Tat'yana A. Nizina1, Anna V. Mar'yanova1, Evgenij B. Mironov2
g 2 1 Ogarev Mordovia State University; Saransk, Russian Federation;
r-i. § 2 Engineering Center of Fiber Optics; Saransk, Russian Federation en °
en
>
i*
ABSTRACT
w 5
OT ° Introduction. The additive manufacturing method implies the emergence of emergent properties in the final product, not
• . inherent in the original elements of the system individually. Performance properties of products obtained by FDM-printing
3 are defined not only by the material properties, but also by printing parameters — nozzle and table temperature, layer thick-
l_ W ness, printing speed, the direction of laying layers, their relative positioning, etc. Thus, when designing 3D-printed polymer
products with the required characteristics one should consider the material - printing parameters system together. The results of the study of the effect of sorption characteristics of 3D-printed PETG plastic samples made by FDM-printing on their
I ^ elastic-strength properties are presented.
¡3 ^ Materials and methods. Three groups of FDM-printed PETG 3D specimens were studied. Collection, preprocessing, analy-
® JU sis, statistical processing and visualization of the data were performed using Python programming language in an interactive
Jupyter Notebook development environment.
1078 © Д.Р. Низин, Т.А. Низина, А.В. Марьянова, Е.Б. Миронов, 2023
Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)
Results. It was found that the moisture content of 3D-printed polymer samples could be conventionally divided into the superstructure! and microstructural levels. A comparison of moisture content limits in different moisture saturation conditions shows that the former exceeds the latter by 2 to 6 times depending on the specimen printing parameters. Moisture content of superstructure level has no statistically significant (for a = 0.01) effect on the ultimate tensile strength of the samples, regardless of the printing parameters of the samples. The moisture sorbed by the level of substructure presumably can act as a stress concentrator preventing the free flow of specimens beyond the ultimate tensile strength, which is reflected in the reduction of elongation at rupture.
Conclusions. The obtained results allow taking into account the influence of moisture state on the elastic-strength properties of 3D printed articles and structures on the basis of PETG-plastics. This, in its turn, contributes to more accurate prediction of their behavior under real operating conditions.
KEYWORDS: FDM printing, PETG plastic, moisture content, superstructure, microstructure, moisture saturated state
Acknowledgements. The study was supported by the Russian Science Foundation grant No. 22-79-00206 (URL: https://rscf. ru/project/22-79-00206/).
FOR CITATION: Nizin D.R., Nizina T.A., Mar'yanova A.V., Mironov E.B. Moisture absorption of 3D-printed PETG plastic samples. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2023; 18(7):1078-1088. DOI: 10.22227/19970935.2023.7.1078-1088 (rus.).
Corresponding author: Dmitrij R. Nizin, [email protected].
ВВЕДЕНИЕ
За последние несколько десятилетий большое распространение получили аддитивные технологии для изготовления изделий и конструкций различного функционального назначения. Наиболее широко данный способ применяется в медицине [1-3], аэрокосмической, авиационной и автомобильной промышленности [4-7], электротехнике [8, 9], строительной отрасли [10-16].
В строительстве в качестве материалов для печати изделий и конструкций используют составы на основе минеральных вяжущих [10-13], металлы [14], а также полимерные связующие [15, 16]. Несмотря на все преимущества аддитивного подхода, для внедрения изготовленных таким способом изделий в практику реального строительства необходимо обеспечить их соответствие полному перечню требований, в особенности по долговечности.
Аддитивный способ изготовления, вне зависимости от используемого материала, предполагает возникновение у конечного изделия эмерджентных свойств, не присущих элементам системы по отдельности. Так, эксплуатационные характеристики изделий, полученных методом FDM-печати, складываются не только из свойств исходного материала, но также и из параметров печати — температуры сопла и стола, толщины слоя, скорости печати, направления укладки слоев, их взаимного расположения и т.д. [17]. Таким образом, при проектировании 3D-печатных полимерных изделий с заданными характеристиками следует рассматривать систему «материал - параметры печати» целиком.
Как известно, влажностное состояние полимерных материалов (ПМ), в том числе применяемых при изготовлении композитных изделий и конструкций, оказывает существенное влияние на их эксплуатационные показатели. Предел прочности при растяжении эпоксидных полимеров, а также композитов на их основе, может снижаться до 50 %
во влагонасыщенном состоянии [18-21]. В некоторых случаях влагонасыщение ПМ сопровождается не только кратным снижением прочностных показателей, но и изменением характера разрушения исследуемых образцов с хрупкого на вязкотеку-чий [20]. Предполагается, что гетерогенность структуры 3D-печатных полимерных изделий найдет свое отражение в особенностях протекания процессов сорбции и десорбции влаги. В настоящей работе представлены результаты исследования влияния сорбционных показателей 3D-печатных образцов PETG-пластика (полиэтилентерефталат, модифицированный гликолем), изготовленных методом FDM-печати, на их упруго-прочностные характеристики.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследовались три группы образцов, различающихся направлением укладки слоев при печати (рис. 1) — горизонтальное (серия 261), вертикальное (серия 262) и боковое (серия 263). Параметры печати образцов представлены в табл. 1. Печать осуществлялась на 3D-принтере FlyingBear Ghost 5 филаментом на основе PETG-пластика. Форма изготавливаемых при печати образцов соответствовала образцам-восьмеркам (тип 2) по ГОСТ 11262-2017.
Табл. 1. Параметры печати образцов Table 1. Sample print options
< П
iH *к
G Г
S 2
0 <Z>
§ <z>
1 z У 1
J to
^ I
n °
О 3 o
zs (
О i
о §
E M § 2
n 0
О £
r 6 t ( an
CD CD
10 10 о о 10 10 u w
Рис. 1. Ориентация образцов в процессе печати: 1 — горизонтальная (серия 261); 2 — вертикальная (серия 262); 3 — боковая (серия 263)
Fig. 1. Sample orientation during printing: 1 — horizontal (series 261); 2 — vertical (series 262); 3 — side (series 263)
В каждой серии одновременно экспонировалось и впоследствии испытывалось не менее шести образцов. Температура экспонирования в обоих случаях поддерживалась на уровне 23 ± 2 °С.
Образцы заявленных серий влагонасыщались в следующих условиях:
• в эксикаторе над дистиллированной водой (далее на рисунках — above);
• в эксикаторе с полным погружением в дистиллированную воду (далее на рисунках — immersion).
Сбор, предобработка, анализ, статистическая проверка и визуализация выполнены на языке программирования Python в интерактивной среде разработки Jupyter Notebook.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 2 представлены кривые средних значений изменения массы образцов над поверхностью воды (рис. 2, a) и с полным погружением (рис. 2, b).
Полученные результаты позволяют выдвинуть гипотезу относительно различия в характере протекания процессов влагонасыщения 3D-печатных
(О (О
N N
О О
N N
К ш U 3
> (Л
с и
U 00 . г
e (U
il <D 0J
О ё —■
о
О У
ОТ " ОТ Е
Е о
^ с ю °
S 1
о Е
СП ^ т- ^
от от
£ w
■8 Г S!
О (Я
я
Cl £
ID S
О —
%
ё J
Д Си
ё Е
и
S И
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
— 261 - 262 — 263
■ - - ■
0 500 1000 1500 2000 2500
Длительность экспонирования, ч / Exposure time, h
b
Рис. 2. Изменение массы образцов при экспонировании над поверхностью воды (а) и с полным погружением (b) Fig. 2. Samples mass change exposed above the water surface (a) and with complete immersion (b)
a
полимерных образцов над поверхностью воды и с полным погружением. В случае экспонирования образцов над поверхностью воды основной вклад в результирующее значение влагосодержа-ния, вероятно, вносят изменения, происходящие на уровне микроструктуры материала образцов, что по своей сути близко к типичному процессу вла-гонасыщения ПМ. В свою очередь, для образцов, полностью погружаемых в воду, наибольший вклад в суммарное изменение влагосодержания вносит надструктура. Это проявляется в том, что для достижения идентичных изменений массы образцам над поверхностью воды потребовалось порядка 1000-1500 ч, в то время как образцам, погруженным в воду, — от 24 до 120 ч в зависимости от серии. В качестве факта, подтверждающего сформулированную гипотезу, также следует рассматривать относительное равенство средних количественных значений предельного влагонасыщения образцов, полученных для всех исследуемых серий (рис. 2, а). Это позволяет утверждать, что в случае экспонирования образцов над поверхностью воды параметры печати не оказывают значимого влияния на предельное значение влагонасыщения образцов. Установление возможных причин отличия формы кривой изменения влагосодержания образцов серии 261 при экспонировании над поверхностью воды (рис. 2, а) требует проведения дополнительных исследований.
На рис. 3 приведены количественные значения предельного влагосодержания образцов в зависимости от условий экспонирования. Согласно полученным данным, вклад надструктуры образцов, являющейся непосредственным отражением параметров их печати (в частности, направления укладки слоев), существенно выше вклада микро-
структуры. Так, в зависимости от исследуемой серии, разница во влагосодержании на различных уровнях составила от двух (серия 262) до шести раз (серия 261).
На рис. 4 показаны диаграммы деформирования 3D-печатных полимерных образцов в зависимости от серии и условий экспонирования. Средние значения упруго-прочностных показателей исследуемых образцов — предела прочности при растяжении, относительного удлинения при максимальной нагрузке, предела прочности при разрыве, а также относительного удлинения при разрыве в зависимости от условий экспонирования приведены в табл. 2. Распределение значений упруго-прочностных показателей исследуемых составов в зависимости от условий экспонирования показано на рис. 5.
В табл. 3 представлены результаты статистической проверки гипотезы о равенстве средних двух распределений, полученных для образцов, экспонированных над поверхностью воды и с погружением соответственно. Согласно полученным результатам, для уровня статистической значимости а = 0,01 неслучайным можно принять расхождение только для показателей относительного удлинения при максимальной нагрузке и разрыве образцов серии 262. Однако, учитывая тот факт, что все образцы серии 262 (вне зависимости от условий экспонирования) разрушились хрупко, данные показатели по своей сути идентичны. Достаточно близким к уровню статистической значимости оказалось /»-значение для показателя относительного удлинения при разрыве образцов серии 263. В остальных случаях вероятность равенства средних значений распределений, полученных для различных условий экспонирования, варьируется в диапазоне от 6 до 95 %.
Рис. 3. Гистограммы предельного влагосодержания образцов в зависимости от условий экспонирования (above — над поверхностью воды, immersion — с погружением)
Fig. 3. Histograms of the maximum moisture content of samples depending on the exposure conditions (above the water surface, with immersion)
< П
iH *к
G Г
0 <Z>
§ <z>
1 z У 1
J to
^ I
n °
О 3 o
zs (
О i
о §
E M § 2
n 0
О £
r 6 t ( an
0 )
ii
® 00
OS В ■ T
s У с о
1 к ,,
О О 10 10 U W
Табл. 2. Средние значения параметров кривых деформирования образцов исследуемых серий в зависимости от условий экспонирования
Table 2. Average parameter values of the deformation curves of the studied series samples depending on the exposure conditions
Исследуемые показатели Researched indicators Номер серии Series number
261 262 263
Предел прочности при растяжении, МПа Tensile strength, MPa 30,7/32,8 18,4/15,9 42,6/42,5
Относительное удлинение при максимальной нагрузке, % Relative elongation at maximum load, % 3,18/3,17 1,49/1,10 3,71/3,63
Предел прочности при разрыве, МПа Tensile strength at break, MPa 23,4/27,0 18,4/15,8 2,29/7,56
Относительное удлинение при разрыве, % Relative elongation at break, % 5,08/5,16 1,50/1,10 86,14/21,96
Примечание: в числителе приведены значения, полученные для образцов, экспонированных над поверхностью воды; в знаменателе — с погружением.
Note: The numerator shows the values obtained for samples exposed above the water surface; the denominator shows the values with immersion.
£ w
I
SI
О И
25
и Bu
« 20
S
as
и
a.
с a
15
10
- 262-1 262-2
262-4 262-5
- ¿bZ-b
- 261-7
261-Я - 261-9 - 261-10 - 261-11
-261-12
2 6 7
Относительное удлинение, % / Relative elongation, % b
и Bu
« 20
S
as
и
a.
с a
15
10
- 262-7 262-8 262-9 262-10 262-11 262-12
-
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Относительное удлинение, % / Relative elongation, %
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Относительное удлинение, % / Relative elongation, %
d
Рис. 4. (начало) Кривые деформирования образцов серий 261 (a, b) и 262 (c, d) в зависимости от условий экспонирования (a, c, d — над поверхностью воды; b, e, f — с погружением)
Fig. 4. (beginning) Deformation curves of sample series 261 (a, b) and 262 (c, d) depending on exposure conditions (a, c, d — above the water surface, b, e, f — with immersion))
« Оч
M л
сп С
и
s
<L>
S
a s
я
45 40 35 30 25 20 15 10 5
263-7 263-8 - 263-9 - 263-10 263-11 - 263-12
— —^
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Относительное удлинение, % / Relative elongation, %
f
Рис. 4. (окончание) Кривые деформирования образцов серий 263 (e, f) в зависимости от условий экспонирования (a, c, d — над поверхностью воды; b, e, f — с погружением)
Fig. 4. (ending) Deformation curves of sample series 263 (e, f) depending on exposure conditions (a, c, d — above the water surface, b, e, f — with immersion))
Рис. 5. (начало) Диаграммы распределения значений предела прочности при растяжении (a) в зависимости от условий экспонирования
Fig. 5. (beginning) Value distribution charts of tensile strength (a) depending on the exposure conditions
< П
iH kK
о
(Л
с
0 Со n со
1 z y 1
J со
u -
^ I
n ° О 3 o s =s (
О? о n
СО
со "Z. 2
СО О
CD
Г 6
0 )
iï
® 00
OS В ■ т
s У с о
1 к
M 2
о о 10 10 U W
e
a
(О (О
сч N
о о
N N
¡г ш
U 3
> (Л
с и
U оо
. г
« (U
ц
ф ф
о ё —■
о
о У
"о
от I ОТ IE
Е о
^ с Ю о
si
о Е
fe ° СП ^ т- ^
от от
■S £
Е!
О (Я
261 above 26] immersion 262 above 262 immersion 263 above 263 immersion
b
d e
Рис. 5. (окончание) Диаграммы распределения относительного удлинения при максимальной нагрузке (b), предела прочности при разрыве (с) и относительного удлинения при разрыве (d, e) в зависимости от условий экспонирования Fig. 5. (ending) Value distribution relative elongation at maximum load (b), tensile strength at break (c) and relative elongation at break (d, e) depending on the exposure conditions
с
Табл. 3. Вероятность (p-value) равенства средних значений двух распределений, полученных для различных условий экспонирования
Table 3. Probability (p-value) of equality of the two distributions mean obtained for different exposure conditions
Номер Исследуемые показатели Researched indicators
серии Series number Предел прочности при растяжении Tensile strength Относительное удлинение при максимальной нагрузке Relative elongation at maximum load Предел прочности при разрыве Tensile strength at break Относительное удлинение при разрыве Relative elongation at break
261 0,4595 0,9570 0,0662 0,9114
262 0,1066 0,0049 0,1071 0,0049
263 0,8118 0,3405 0,4859 0,0133
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы.
Влагосодержание 3D-печатных полимерных образцов может быть условно разделено на влагосодержание уровней микро- и надструктуры. Уровень надструктуры характеризуется существенно большим вкладом в суммарное значение предельного влагосодержания 3D-печатных полимерных образцов по сравнению с микроструктурным уровнем. Для исследованных серий образцов PETG-пластика отношение вклада надструкту-ры к вкладу микроструктуры составило от двух до шести раз в зависимости от направления укладки слоев при печати.
Влага, сорбированная надструктурным уровнем 3D-печатных образцов PETG-пластика, не оказывает статистически значимого влияния на показатель предела прочности при растяжении. Статистически значимые изменения зафиксированы для показателя относительного удлинения при максимальной нагрузке (при разрыве) для образцов серии 262. Зафиксировано снижение данного показателя более чем на 25 %.
Результат, близкий к выбранному уровню статистической значимости а = 0,01, получен для относительного удлинения при разрыве образцов серии 263. Установлено, что разрыв образцов данной серии происходит при значениях относительного удлинения, превосходящих значения, полученные для других серий более чем на порядок. Так, среднее значение данного показателя составило 86 и 21 % для образцов серии 263, экспонированных над водой и с погружением соответственно.
Можно предположить, что влага, сорбированная надструктурным уровнем образцов серии 263, выступала в роли концентраторов напряжений вследствие возникновения сжимающих пуассоновских сил в области шейки и препятствовала свободному течению материала образца за границей предела прочности.
Несмотря на отсутствие статистически значимого прямого влияния влагосодержания надструк-турного уровня 3D-печатных полимерных образцов на их механическую прочность, можно предположить возможные пути его косвенного влияния на эксплуатационные показатели полимерных изделий. Во-первых, свободная влага надструктурно-го уровня 3D-печатных полимерных изделий при замораживании может приводить к повышению внутренних напряжений и возникновению внутренних дефектов. Во-вторых, регулярная надструктура 3D-печатных полимерных изделий может приводить к более равномерному распределению влаги по объему материала и, как следствие, ускорению и более равномерному протеканию процессов тем-пературно-влажностного старения, выступающих в качестве основного источника снижения эксплуатационных показателей ПМ. В-третьих, высокая скорость сорбционно-десорбционных процессов, характеризующая надструктурный уровень, может привести к существенному увеличению доли необратимых потерь массы полимерных изделий вследствие интенсификации процессов влаго-и массопереноса, особенно в условиях натурного климатического старения.
Все озвученные гипотезы требуют проведения дополнительных исследований.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Dawood A., Marti B., Sauret-Jackson V., Darwood A. 3D printing in dentistry // British Dental Journal. 2015. Vol. 219. Issue 11. Pp. 521-529. DOI: 10.1038/sj.bdj.2015.914
2. Liaw C.Y., Guvendiren M. Current and emerging applications of 3D printing in medicine // Biofabrication. 2017. Vol. 9. Issue 2. P. 024102. DOI: 10.1088/1758-5090/aa7279
< П
iH *к
G Г
S 2
0 <Z>
§ <z>
1 z y 1
J CD
u -
^ I
n ° o »
=s (
o?
о §
E M
§ 2
o) 0
o 66
A CD
Г 6
О )
[M
® 00
00 В ■ £
s У с о <D К J, J,
M 2 О О 10 10 u w
(О (О
N N
О О
N N
¡г ш
U 3
> (Л
с и 2 ""„
U оо
. г
« (U
ц
ф ф
О ё
---' "t^
о
о ^
8 «
Z ■ ^ от « от IE
Е о
^ с ю °
S3 ц
о Е
СП ^ т- ^
3. Kalaskar D.M. 3D printing in medicine. Wood-head Publishing, 2017. 234 p.
4. Joshi S.C., Sheikh A.A. 3D printing in aerospace and its long-term sustainability // Virtual and Physical Prototyping. 2015. Vol. 10. Issue 4. Pp. 175-185. DOI: 10.1080/17452759.2015.1111519
5. Schiller G.J. Additive manufacturing for Aerospace // 2015 IEEE Aerospace Conference. 2015. DOI: 10.1109/AER0.2015.7118958
6. Sarvankar S.G., Yewale S.N. Additive manufacturing in automobile industry // International Journal of Research in Aeronautical and Mechanical Engineering. 2019. Vol. 7. Issue 4. Pp. 1-10.
7. Shahrubudin N., Lee T.C., Ramlan R. An overview on 3D printing technology: Technological, materials, and applications // Procedia Manufacturing. 2019. Vol. 35. Pp. 1286-1296. DOI: 10.1016/j.prom-fg.2019.06.089
8. Yin X.-Y., Zhang Y., Cai X., Guo Q., Yang J., Wang Z.L. 3D printing of ionic conductors for high-sensitivity wearable sensors // Materials Horizons. 2019. Vol. 6. Issue 4. Pp. 767-780. DOI: 10.1039/ C8MH01398E
9. Hirsch A., Dejace L., Michaud H.O., La-cour S.P. Harnessing the rheological properties of liquid metals to shape soft electronic conductors for wearable applications // Accounts of Chemical Research. 2019. Vol. 52. Issue 3. Pp. 534-544. DOI: 10.1021/acs. accounts.8b00489
10. Buswell R.A., Leal de Silva W.R., Jones S.Z., Dirrenberger J. 3D printing using concrete extrusion: A roadmap for research // Cement and Concrete Research. 2018. Vol. 112. Pp. 37-49. DOI: 10.1016/j.cem-conres.2018.05.006
11. De Schutter G., Lesage K., Mechtcherine V., Nerella V.N., Habert G., Agusti-Juan I. Vision of 3D printing with concrete — Technical, economic and environmental potentials // Cement and Concrete Research. 2018. Vol. 112. Pp. 25-36. DOI: 10.1016/j.cemcon-res.2018.06.001
12. Bos F.P., Ahmed Z.Y., Wolfs R.J.M., Sa-let T.A.M. 3D printing concrete with reinforcement // High Tech Concrete: Where Technology and Engineering Meet. 2018. Pp. 2484-2493. DOI: 10.1007/978-3-319-59471-2_283
13. Xiao J., Ji G., Zhang Y., Ma G., Mechtcherine V., Pan J. et al. Large-scale 3D printing concrete technology: Current status and future opportunities //
Cement and Concrete Composites. 2021. Vol. 122. P. 104115. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2021.104115
14. Buchanan C., Gardner L. Metal 3D printing in construction : A review of methods, research, applications, opportunities and challenges // Engineering Structures. 2019. Vol. 180. Pp. 332-348. DOI: 10.1016/j.eng-struct.2018.11.045
15. Hmeidat N.S., Kemp J.W., Compton B.G. High-strength epoxy nanocomposites for 3D printing // Composites Science and Technology. 2018. Vol. 160. Pp. 9-20. DOI: 10.1016/j.compscitech.2018.03.008
16. Wang B., Zhang Z., Pei Z., Qiu J., Wang S. Current progress on the 3D printing of thermosets // Advanced Composites and Hybrid Materials. 2020. Vol. 3. Issue 4. Pp. 462-472. DOI: 10.1007/s42114-020-00183-z
17. Кондрашов С.В., Пыхтин А.А., Ларионов С.А., Сорокин А.Е. Влияние технологических режимов FDM-печати и состава используемых материалов на физико-механические характеристики FDM-моделей (обзор) // Труды ВИАМ. 2019. № 10 (82). С. 34-49. DOI: 10.18577/2307-6046-20190-10-34-49
18. Старцев В.О., Плотников В.И., Анти-пов В.И. Обратимые эффекты влияния влаги при определении механических свойств ПКМ при климатических воздействиях // Труды ВИАМ. 2018. № 5 (65). С. 110-118. DOI: 10.18577/2307-6046-20180-5-110-118
19. Startsev V.O., Lebedev M.P., Khrulev K.A., MolokovM.V., FrolovA.S., Nizina T.A. Effect of outdoor exposure on the moisture diffusion and mechanical properties of epoxy polymers // Polymer Testing. 2018. Vol. 65. Pp. 281-296. DOI: 10.1016/j.polymert-esting.2017.12.007
20. Selyaev V.P., Nizina T.A., Nizin D.R., Kanae-va N.S. Analysis of the moisture content effect on the specific index and damage accumulation kinetics in the structure of polymeric materials during natural climatic aging // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2022. Vol. 18. Issue 1. Pp. 99-108. DOI: 10.22337/2587-9618-2022-18-1-99-108
21. Низина Т.А., Низин Д.Р., КанаеваН.С., Кли-ментьева Д.А., Порватова А.А. Влияние влажност-ного состояния на кинетику накопления повреждений в структуре образцов эпоксидных полимеров под действием растягивающих напряжений // Эксперт: теория и практика. 2022. № 1 (16). С. 37-45. DOI: 10.51608/26867818 2022 1 37
от от
"8 Г Е!
О И
Поступила в редакцию 10 марта 2023 г. Принята в доработанном виде 2 мая 2023 г. Одобрена для публикации 6 июня 2023 г.
Об авторах: Дмитрий Рудольфович Низин — кандидат технических наук, старший научный сотрудник Научно-исследовательской лаборатории эколого-метеорологического мониторинга, строительных технологий и экспертиз; Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (МГУ им. Н.П. Огарёва); 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68; РИНЦ ID: 717473, Scopus: 57190172059, ResearcherID: Р-2639-2017, ORCID: 0000-0001-8762-5369; [email protected];
Татьяна Анатольевна Низина — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры строительных конструкций, советник РААСН; Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (МГУ им. Н.П. Огарёва); 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68; РИНЦ ID: 131099, Scopus: 57190161363, ResearcherlD: В-128-2017, ORCID: 0000-0002-2328-6238, nizinata@ yandex.ru;
Анна Викторовна Марьянова — магистрант кафедры строительных конструкций Института архитектуры и строительства; Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (МГУ им. Н.П. Огарёва); 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68; martyanovaanna99@ yandex.ru;
Евгений Борисович Миронов — специалист; Инжиниринговый центр волоконной оптики; 430030, г. Саранск, ул. Лодыгина, д. 3, стр. 1; [email protected].
Вклад авторов:
Низин Д.Р. — развитие методологии исследования, обработка материала, написание исходного текста, создание иллюстраций и таблиц.
Низина Т.А. — научное руководство, методология исследования, редакция текстового материала. Марьянова А.В. — проведение экспериментальных исследований, сбор материала. Миронов Е.Б. — изготовление образцов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Dawood A., Marti B., Sauret-Jackson V., Darwood A. 3D printing in dentistry. British Dental Journal. 2015; 219(11):521-529. DOI: 10.1038/sj.bdj.2015.914
2. Liaw C.Y., Guvendiren M. Current and emerging applications of 3D printing in medicine. Biofabrication. 2017; 9(2):024102. DOI: 10.1088/1758-5090/ aa7279
3. Kalaskar D.M. 3D printing in medicine. Wood-head Publishing, 2017; 234. (rus.).
4. Joshi S.C., Sheikh A.A. 3D printing in aerospace and its long-term sustainability. Virtual and Physical Prototyping. 2015; 10(4):175-185. DOI: 10.1080/ 17452759.2015.1111519
5. Schiller G.J. Additive manufacturing for Aerospace. 2015 IEEE Aerospace Conference. 2015. DOI: 10.1109/AERO.2015.7118958
6. Sarvankar S.G., Yewale S.N. Additive manufacturing in automobile industry. International Journal of Research in Aeronautical and Mechanical Engineering. 2019; 7(4):1-10.
7. Shahrubudin N., Lee T.C., Ramlan R. An overview on 3D printing technology: Technological, materials, and applications. Procedia Manufacturing. 2019; 35:1286-1296. DOI: 10.1016/j.promfg.2019.06.089
8. Yin X.-Y., Zhang Y., Cai X., Guo Q., Yang J., Wang Z.L. 3D printing of ionic conductors for high-sensitivity wearable sensors. Materials Horizons. 2019; 6(4):767-780. DOI: 10.1039/C8MH01398E
9. Hirsch A., Dejace L., Michaud H.O., La-cour S.P. Harnessing the rheological properties of liquid metals to shape soft electronic conductors for wearable applications. Accounts of Chemical Research. 2019; 52(3):534-544. DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00489
10. Buswell R.A., Leal de Silva W.R., Jones S.Z., Dirrenberger J. 3D printing using concrete extrusion: A roadmap for research. Cement and Concrete Research. 2018; 112:37-49. DOI: 10.1016/j.cemcon-res.2018.05.006
11. De Schutter G., Lesage K., Mechtcherine V., Nerella V.N., Habert G., Agusti-Juan I. Vision of 3D printing with concrete — Technical, economic and environmental potentials. Cement and Concrete Research. 2018; 112:25-36. DOI: 10.1016/j.cemcon-res.2018.06.001
12. Bos F.P., Ahmed Z.Y., Wolfs R.J.M., Sa-let T.A.M. 3D printing concrete with reinforcement. High Tech Concrete: Where Technology and Engineering Meet. 2018; 2484-2493. DOI: 10.1007/978-3-319-59471-2_283
13. Xiao J., Ji G., Zhang Y., Ma G., Mechtcherine V., Pan J. et al. Large-scale 3D printing concrete technology: Current status and future opportunities. Cement and Concrete Composites. 2021; 122:104115. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2021.104115
14. Buchanan C., Gardner L. Metal 3D printing in construction : a review of methods, research, applications, opportunities and challenges. Engineering Structures. 2019; 180:332-348. DOI: 10.1016/j.eng-struct.2018.11.045
15. Hmeidat N.S., Kemp J.W., Compton B.G. High-strength epoxy nanocomposites for 3D printing. Composites Science and Technology. 2018; 160:9-20. DOI: 10.1016/j.compscitech.2018.03.008
16. Wang B., Zhang Z., Pei Z., Qiu J., Wang S. Current progress on the 3D printing of thermosets. Advanced Composites and Hybrid Materials. 2020; 3(4):462-472. DOI: 10.1007/s42114-020-00183-z
< П
i H * k
G Г
0 <Z>
§ <z>
1 о
У 1
J to
u -
^ I
n °
o о =s (
о?
о §
E M § 2
0) 0
066
A CD
Г 6
о )
Г!
® oo 00 В
■ T
s У с о Г к J, J,
2 2 О О 2 2 W W
17. Kondrashov S.V., Pykhtin A.A., Larionov S.A., Sorokin A.E. The influence of technological modes on FDM printing and the composition of materials used on the physical and mechanical characteristics of FDM models (review). Proceedings of VIAM. 2019; 10(82):34-49. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-10-34-49 (rus.).
18. Startsev V.O., Plotnikov V.I., Antipov Yu.V. Reversible influence of moisture on the mechanical properties of PCM after weathering. Proceedings of VIAM. 2018; 5(65):110-118. DOI: 10.18577/23076046-2018-0-5-110-118 (rus.).
19. Startsev V.O., Lebedev M.P., Khrulev K.A., Molokov M.V., Frolov A.S., Nizina T.A. Effect of outdoor exposure on the moisture diffusion and mechanical properties of epoxy polymers. Polymer Test-
Received March 10, 2023.
Adopted in revised form on May 2, 2023.
Approved for publication on June 6, 2023.
ing. 2018; 65:281-296. DOI: 10.1016/j.polymertest-ing.2017.12.007
20. Selyaev V.P., Nizina T.A., Nizin D.R., Ka-naeva N.S. Analysis of the moisture content effect on the specific index and damage accumulation kinetics in the structure of polymeric materials during natural climatic aging. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2022; 18(1):99-108. DOI: 10.22337/2587-9618-2022-18-1-99-108
21. Nizina T.A., Nizin D.R., Kanaeva N.S., Kli-mentyeva D.A., Porvatova A.A. Influence of the humidity state on the kinetics of damage accumulation in the structure of epoxy polymer samples under the action of tensile stresses. Expert: Theory and Practice. 2022; 1(16):37-45. DOI: 10.51608/26867818_2022_1_37 (rus.).
Bionotes: Dmitrij R. Nizin — Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher of the Laboratory of Ecological and Meteorological Monitoring, Building Technologies and Expertise; Ogarev Mordovia State University; 68 Bolshevistskaya st., Saransk, 430005, Russian Federation; ID RISC: 717473, Scopus: 57190172059, ResearcherlD: P-2639-2017, ORCID: 0000-0001-8762-5369; [email protected]; (O to Tat'yana A. Nizina — Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Building Struc-
O o tures, Advisor to the RAACS; Ogarev Mordovia State University; 68 Bolshevistskaya st., Saransk, 430005, Russian
** Federation; ID RISC: 131099, Scopus: 57190161363, ResearcherlD: V-128-2017, ORCID: 0000-0002-2328-6238; N N
¡e q [email protected];
> In Anna V. Mar'yanova — undergraduate of the Department of Building Structures of the Institute of Architecture
E tfl
2 — and Construction; Ogarev Mordovia State University; 68 Bolshevistskaya st., Saransk, 430005, Russian Federation;
® ® [email protected];
® ® Evgenij B. Mironov — specialist; Engineering Center of Fiber Optics; build. 1, 3 Lodygina st., Saransk,
5 3 430030, Russian Federation; [email protected].
? Ï
<u <u
Authors' contribution:
Dmitrij R. Nizin — development of the research methodology, processing of the material, writing the source text, q (u creating illustrations and tables.
0 Tat'yana A. Nizina — scientific guidance, research methodology, editing of text material. < Anna V. Mar yanova — conducting experimental studies, collecting material.
g "c Evgenij B. Mironov — technical support in the manufacture of samples.
og ¡= The authors declare no conflict of interest.
W f ot E - -b^
1 §
CLU c
LT> O
s 1
o E
fee
CD ^
TZ £ £
CO °
r
El
O (A
