Аспирант ОмГТУ разрабатывает методику оптимизации конструкции изделий с помощью 3D-печати

«Я занимаюсь проведением исследований, направленных на изучение напряженно-деформированного состояния внутренней структуры тел (изделий), получаемых методом послойного наплавления (FDM) из упругих и вязкоупругих термопластичных материалов с позиций механики деформируемого твердого тела.

С помощью проведенного анализа предполагается разработать метод оптимизации внутренней структуры 3D-печатных деталей, исходя из граничных условий и вида нагружения, с целью получения изделий, обеспечивающих требуемые эксплуатационные характеристики с точки зрения механической прочности, устойчивости, несущей способности. Возможность получения печатных функциональных FDM-изделий с оптимальными механическими свойствами – основная идея исследования».

Чем уникальна ваша разработка?

«Сейчас 3D-печатные детали – это в основном прототипы, макеты, декоративные детали, корпуса, рукоятки и пр. Решение вопроса, как сделать 3D-печатную деталь, гарантированно отвечающую проектным нагрузкам и оптимально спроектированную, даст возможность использовать FDM-технологию для производства функциональных изделий. Результаты исследования можно использовать в различных сферах: от авиаракетной промышленности до гражданской продукции».

Вам уже удалось апробировать ваши наработки?

«Да. В магистратуре в рамках работы в СКБ «Орбита» я занялся разработкой коромысла для переключателя реле высоковольтных линий для ООО «Омская энергосбытовая компания». Деталь нужна была для ремонта одного из агрегатов высоковольтных подстанций по области. Она состояла из волокнита, но уже не выпускалась, и было принято решение сделать ее на 3D-принтере.

По итогу мы получили деталь легче и дешевле, но с той же несущей способностью. Делаем эти коромысла до сих пор по мере надобности. Сейчас ведется работа с производителями велосипедов в рамках разработки 3D-печатной рамы из переработанного пластика. Разработки обладают высоким коммерческим потенциалом».

На каком этапе сейчас находится ваше исследование?

«Сейчас мы разрабатываем математические модели. На базе эпюр изолиний получены массивы данных для создания сетки напряжений с дальнейшей ее линеаризацией, также приведены к виду матрицы разбиения для возможности использования метода разбиения. Далее необходимо моделирование внешней оболочки изделия из условий минимального содержания концентраторов напряжений на границе внутренней структуры и исследование геометрических и физических критериев полученных структур, влияющих на применимость получаемых цифровых моделей готового изделия для изготовления по технологии послойного наплавления полимеров.

Для уточнения полученной математической модели буду проводить экспериментальные испытания 3D-печатных образцов, моделей, использованных для получения первоначальной эпюры изолиний напряжений и деформаций, сравнение упругих характеристик, полученных теоретически и экспериментально. Действия повторяются до тех пор, пока в пределах погрешности не совпадут результаты метода оптимизации и экспериментальные проверки».