В Пермском Политехе разработали технологию 3D-печати сложных деталей для самолетов и автомобилей
Ученые Пермского Политеха разработали методологию, которая позволит проектировать и создавать с помощью 3D-печати и аддитивных технологий детали со сложной внутренней структурой, в том числе состоящие из нескольких материалов с разными характеристиками.
Современные возможности 3D-печати позволяют создавать детали со структурой и свойствами материалов, которые изменяются в объеме изделия. Кроме того, можно получить конструкции с ячеистой структурой, которая будет обеспечивать уникальные свойства материала. Чаще всего для этого используют один металл.
– Мы предложили методологию, которая поможет создавать эффективные изделия одновременно из нескольких материалов. При этом два материала в одной конструкции могут обладать разной упругостью, прочностью и весом. Поэтому важно создать рациональную структуру, которая эффективно выдержит нагрузки. Для этого мы использовали алгоритмы мультиматериальной топологической оптимизации. Наша разработка позволит автоматизировать технологический процесс их проектирования и производства, – рассказывает доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Пермского Политеха, ведущий научный сотрудник Центра аддитивных технологий центра коллективного пользования, кандидат технических наук Петр Максимов.
Используя математические алгоритмы, ученые оптимизировали детали и конструкции таким образом, чтобы изделия были легче, прочнее и надежнее аналогов. Методика проектирования также позволила определить зоны, пригодные для формирования ячеистой структуры, при этом часть детали заполняют сплошным материалом, а другую часть – ячейками. Ученые проанализировали механическое поведение ячеистых структур различных типов и определили возможные ограничения при изготовлении изделий с помощью методов аддитивного производства. Исследователи подтвердили эффективность применения ячеек в сложных конструкциях.
Облегченный кронштейн с ячеистой структурой
Новая технология позволит создавать материалы с требуемыми механическими свойствами и оптимизировать изделия под необходимые параметры. Разработку, выполненную по государственному заданию Министерства науки и высшего образования России, можно будет применять в производстве отечественных самолетов и автомобилей и в сфере тяжелого машиностроения.
Результаты работы исследователи опубликовали в журнале Russian Engineering Research (1, 2, 3).
