Ученые Высшей школы технологии и энергетики СПбГУПТД разработали устройство для создания прочных изделий из смеси древесной муки и полимера с помощью аддитивных технологий. Устройство встраивается в 3D-принтер и может быть использовано на предприятиях деревообрабатывающей промышленности. Разработка ученых СПбГУПТД позволит использовать древесную муку для выпуска деталей, имитирующих древесину. Предложенная комбинированная технология позволяет изготавливать изделия сложной формы.
«На мебельном производстве после этапа обработки древесины образуются опилки. На данный момент предприятия их утилизируют, в том числе и от дорогостоящей древесины. Однако им можно найти применение, переработав в древесную муку», — рассказывает один из авторов разработки, старший преподаватель кафедры инженерной графики и автоматизированного проектирования СПбГУПТД Николай Евдокимов.
С помощью аддитивных технологий ученые СПбГУПТД из древесной муки создают элементы мебели, в том числе сложной формы, по своей структуре имитирующие древесину.
Науке уже известен метод использования 3D-печати для выпуска различных изделий из опилок. Однако распространенный сейчас метод FDМ-печати имеет существенный недостаток — крупные частицы полученной смеси регулярно забивают сопла, что делает невозможной дальнейшую печать.
Ученым Университета промышленных технологий и дизайна удалось решить эту проблему с помощью объединения технологии FDМ-печати с LDM-печатью. Последняя — не так широко распространена, однако имеет важное преимущество. Технология LDM-печати не позволяет получать такую качественную поверхность, как FDM-печать, однако в LDM-технологиях используются сопла с бóльшим диаметром, благодаря чему они не забиваются древесной мукой. В связи с этим было разработано устройство, которое совмещает в себе обе технологии.
«Наше устройство работает следующим образом. С помощью FDM-технологии мы печатаем саму форму изделия, используя для этого обычный водорастворимый пластик. Затем заполняем эту форму смесью из модифицированной эпоксидной смолы, которая выполняет роль связующего, и древесной муки с помощью LDM-печати. За счет того, что мы не накладываем нашу смесь слоями, а заливаем ее в уже отпечатанную форму, поверхность конечного изделия становится гладкой. После затвердевания мы ставим изделие в ультразвуковую ванну с водой, где растворяется пластик ранее напечатанной формы. В итоге у нас остается цельнолитая композиционная деталь с древесной мукой. Причем прочностные свойства у такой детали гораздо лучше, чем свойства детали, полученные при печати на FDМ-принтере, так как все напряжения распределяются по всей детали равномерно. Такое объединение двух технологий позволяет печатать даже изделиях сложной формы со сложными внутренними полостями», — объясняет Николай Евдокимов.
Постепенно добавляя в модифицированную эпоксидную смолу древесную муку, ученые определили тот максимум объема древесины, который допустимо смешать с полимером, чтобы поверхность конечного изделия получилась гладкой, не пористой. В результате испытаний им удалось добиться в составе итогового изделия наличия от 30% до 40% древесной муки. За счет высокого содержания древесной муки изделия имитируют древесину.
Разработка внедрена на одном из заводов в Петербурге, где импортные лопатки для передвижения готовой упаковки на конвейере были заменены более прочными лопатками, смоделированными и напечатанными из смеси древесной муки и полимера учеными Университета промышленных технологий и дизайна. На заводе также был проведен эксперимент: наряду с лопатками, созданными по новой технологии, были установлены лопатки, созданные по FDM-технологии. Последние оказались менее прочными и во время проведения эксперимента были сильно повреждены или сломаны. Лопатки, напечатанные по совмещенной технологии, выдержали испытание.