Группа ученых Пермского национального исследовательского политехнического университета и сотрудников компании-производителя 3D-принтеров «Ф2 Инновации» разработала метод точного и быстрого контроля температуры в экструзионных аддитивных системах с индукционными нагревателями.
Одна из ключевых проблем технологии 3D-печати методом послойного наплавления полимеров (FDM/FFF) — прочность соединения слоев. Из-за высокой тепловой инерции в традиционных экструдерах не обеспечиваются необходимая точность и скорость измерения и регулировки температуры. Избыточный или недостаточный нагрев расплава приводит к непостоянным показателям когезии, что негативно сказывается на механических свойствах 3D-печатных изделий. Ученые Пермского политеха повысили эффективность контроля температуры за счет изменения конструкции хотэндов с индукционными нагревателями.
«Отсутствие быстрых методов измерения температуры сопла было одним из основных технологических недостатков, препятствующих эффективному использованию индукционного нагрева в аддитивном производстве по технологии послойного наплавления. Для решения этой проблемы мы решили изменить оригинальную конструкцию сопла и индуктора. Бесконтактный характер метода индукционного нагрева позволит уменьшить массу нагреваемой части экструдера до массы самого сопла специальной формы с общим значением равным или менее одного грамма», — рассказал профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов ПНИПУ Дмитрий Трушников.
Сопло с индукционным нагревом изготовили из ферромагнитного сплава. Температурные колебания влияют на свойства материала, что приводит к изменению фазовых и амплитудных характеристик тока.
«Применение метода индукционного нагрева сопла малой массы потребовало разработки быстрого бесконтактного метода измерения температуры, не зависящего от чистоты и свойств поверхности сопла. С помощью высокочастотных токов с использованием фазово-амплитудной резонансной системы измерения становится возможным обеспечить постоянное качество регулирования в доступном диапазоне рабочих температур сопла, снизить погрешность измерения с двадцати до 0,2 градусов, а также уменьшить задержку регулирования более чем в шесть раз. Таким образом обеспечены высокая точность и скорость управления температурой сопла и полимерного материала», — рассказал доцент кафедры автоматики и телемеханики ПНИПУ Игорь Безукладников.
Усовершенствованная система температурного контроля позволит повысить качество 3D-печати крупногабаритных изделий, в том числе при работе с тугоплавкими конструкционными термопластами, такими как полиэфирэфиркетон (PEEK), полиэфиркетонкетон (PEKK) и полиэфиримид (PEI).
Пермская компания «Ф2 Инновации» выпускает ряд высокотемпературных экструзионных 3D-принтеров профессионального и промышленного класса. Осенью прошлого года предприятие анонсировало масштабируемую крупноформатную аддитивную систему F2 Gigantry со стандартным рабочим объемом 4х2х1 метр, шнековым экструдером с четырехзонным нагревом хотэнда и производительностью до 10 кг/ч. Процесс 3D-печати крупногабаритных изделий полимерами производства компании REC демонстрировался на на недавней выставке «Композит-Экспо 2023» (на иллюстрациях выше).
С докладом научной команды можно ознакомиться в журнале Applied Sciences.
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.
