Top.Mail.Ru
РусРусский язык
Производство протезов и имплантатов под чутким контролем. Ученые ПНИПУ улучшили процесс печати полимерных изделий

Производство протезов и имплантатов под чутким контролем. Ученые ПНИПУ улучшили процесс печати полимерных изделий

В мире активно изучают и внедряют 3D-технологии в производство протезов, имплантатов и других изделий сложной геометрической формы из полимерных материалов. Среди таких технологий выделяют послойную печать методом горячей экструзии полимеров. Ее основная проблема — нестабильное качество сварки материала как внутри, так и между слоев, что приводит к низким механическим характеристикам изделий и их разрушению. Чтобы этого избежать, важно оперативно управлять температурой материала в процессе печати. Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель для определения оптимальных локальных режимов нагрева при формировании изделия. Она позволит создавать качественные полимерные изделия для авиации, строительства и медицины.

Статья с результатами опубликована в журнале «Polymers», №15, 2023 год. Исследование выполнено в рамках программы мегагрантов, контракт № 075-15-2021-578.

Послойная печать методом горячей экструзии полимеров (FFF/FGF) — это самая известная технология 3D-печати, отличающаяся простым принципом работы и относительной дешевизной сырья и оборудования. Экструзия – это процесс выдавливания материала через формующее отверстие. Большое количество доступных полимерных материалов существенно расширяет область применения технологии (производство кронштейнов, корпусов, имплантатов, протезов и т.д.).

В процессе работы происходит плавление полимера и его выкладка в виде валиков. Они заполняют слой за слоем в соответствии с заданной программой и формируют изделие. Выдавленный валик прижимается к предыдущему слою, нагрев которого в процессе нанесения приводит к сварке материала.

При печати важно обеспечить высокое и стабильное качество сварки между валиками материала. Однако, температура в слое распределяется неравномерно из-за различий в условиях теплоотвода на участках и их изменений от слоя к слою. Это приводит к непостоянной температуре и, соответственно, ее низкому качеству.

Перед производством стоит задача — контролировать все изменения температуры сварки и ее влияние на материал. Для этого ученые ПНИПУ разработали математическую модель с использованием оперативного управления мощностью нагрева наносимого полимера. С ней специалисты смогут управлять температурой полимера в реальном времени по рассчитанным в ходе математического моделирования режимам. Ранее отслеживать и регулировать температуру сварки в процессе 3D-печати методом горячей экструзии (FFF/FGF) не представлялось возможным.

— Мы использовали индукционный экструдер собственного производства — это устройство, которое позволяет оперативно регулировать температуру экструзии в процессе послойной печати по технологии FFF/FGF. Далее мы разработали математическую модель с оперативным управлением температурой полимерного материала, которая определяет оптимальные локальные режимы нагрева в процессе печати. Мы проверили модель, напечатав тестовые образцы. Эксперимент показал, что недостаточный нагрев или перегрев полимерного материала вызывает закономерное появление дефектов. Применение нашей модели позволяет избежать таких дефектов, повысить качество и стабильность сварки материала, — поделился научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ Александр Осколков.

Все полученные результаты моделирования полностью согласуются с экспериментальными данными. Теперь во время 3D-печати методом горячей экструзии управлять температурой стало легко, а изделия получаются прочными и долговечными. Разработка ученых ПНИПУ может быть полезна при изготовлении функциональных изделий для машиностроительной, авиационной и медицинской промышленности.


10.01.241367

Похожие Новости

Есть новость?
Предложи нам!

Предложить новость

politehperm

⚡ Пермский Политех объявляет старт приема заявок на региональную молодежную премию в области медиа «Голос Пармы»! ⚡ Занимаешься фото, видео, пишешь тексты, записываешь подкасты или создаешь дизайны? Тогда у тебя есть шанс заявить о себе на весь регион! К участию принимаются работы, опубликованные с 1 сентября 2024 по 1 сентября 2025, от студентов ссузов и вузов, а также школьников нашего региона. Как подать заявку? 1⃣ Заполни форму по ссылке ниже 2⃣ Укажи номинацию 3⃣ Прикрепи свои работы Прием заявок продлится до 11 сентября! Авторы лучших работ получат дипломы, победители в каждой номинации — звание лауреатов, а один проект заберет Гран-при. Награждение победителей состоится 26–27 сентября на медиафоруме [https://vk.com/wall-231023862_127|в честь открытия региональной площадки медиацентра] Минобрнауки России 🏆 👉 Узнать все подробности и подать заявку можно на сайте: https://pstu.ru/activity/out_of_educational/premiyagolosparmy/ #ПремияГолосПармы