доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Техниче-ская механика и детали машин»
410054, г. Саратов, ул. Политехническая 77, Россия
Dr. Sci. (Technical), Prof., Department of Technical mechanics and machine parts
77 Politehnicheskaya Str., Saratov 410054, Russia
студентка
410054, г. Саратов, ул. Политехническая 77, Россия
Student
77 Politehnicheskaya Str., Saratov 410054, Russia
доктор физико-математических наук, профессор, кафедра "Математика имоделирование"
410054, г. Саратов, ул. Политехническая 77, Россия
Dr. Sci. (Physical and Mathematical), Prof., Department of Mathematics and Modeling
77 Politehnicheskaya Str., Saratov 410054, Russia
Цель. Применение аддитивных технологий является одним из перспективных направлений совершенствования производства изделий различного назначения в условиях перехода к цифровой экономике. Метод. Послойное построение объектов сложной формы в соответствии с разработанной твердотельной моделью из материалов с различными механическими и теплофизическими свойствами позволяет направленно регулировать распределение различных компонентов в объеме композиционного материала и формировать топологические структуры, обеспечивающие рациональное соотношение различных эксплуатационных характеристик и надежность функционирования изделия. Результат. На основе экспериментальных исследований установлено, что упрочняющее топологическое армирование объектов 3D печати из пластика ABS композитом, состоящим из углеродных волокон и эпоксидной смолы ЭД-20, наряду с увеличением изгибной прочности и прочности на растяжение способствует повышению теплопроводности материала более, чем на 18 % и температуропроводности – на 20 %. Выполнено компьютерное моделирование элементарных ячеек композиционного материала, состоящих из полимерной матрицы, углеродного волокна и специальных профильных включений с повышенной теплопроводностью, что позволило определить возможность дополнительного повышения теплопроводности в зависимости от относительного диаметра волокна и процентного содержания дополнительного компонента в количестве от 46 до 75 %. Вывод. Показано, что аддитивные технологии являются эффективным инструментом создания универсальных топологий, позволяющих технологически управлять сочетанием как механических, так и теплофизических свойств конструкционных материалов за счет определения рационального взаимного расположения их компонентов в зависимости от назначения и уровня достижения требуемых характеристик.
Objectives The use of additive technologies is one of the promising areas for improving the production of products for various purposes in the transition to a digital economy. Method. Layered construction of objects of complex shape in accordance with the developed solid-state model from materials with different mechanical and thermal properties allows directionally controlling the distribution of various components in the volume of the composite material and forming topological structures that provide a rational balance between various performance characteristics and reliability of the product. Result. Based on experimental studies, it has been established that reinforcing topological reinforcement of 3D printing objects made from ABS plastic with a composite consisting of carbon fibers and ED-20 epoxy resin, along with an increase in flexural strength and tensile strength, contributes to an increase in thermal conductivity of the material by more than 18% and thermal diffusivity - by 20%. A computer simulation of elementary cells of a composite material consisting of a polymer matrix, carbon fiber and special core inclusions with high thermal conductivity was performed, which made it possible to further increase thermal conductivity depending on the relative fiber diameter and the percentage of the additional component in an amount from 46 to 75%. Conclusion It is shown that additive technologies are an effective tool for creating universal topologies that allow technologically managing a combination of both mechanical and thermophysical properties of structural materials by determining the rational relative position of their components depending on the purpose and level of achievement of the required characteristics.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.