ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ СТРУКТУР НА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛИМЕРНЫХ АДДИТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ

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.

1. Публичный аналитический доклад по направлению «Новые производственные технологии» [Электронный ресурс] / М.: Сколковский Институт Науки и Технологий – 2015. – 210 с. – Режим доступа: URL: https://maginnov.ru/assets/files/analytics/publichnyj-analiticheskij-doklad-po-napravleniyu-novyeproizvodstvennye-tehnologii.pdf. (30.11.2018)

2. Bourell D. L. A Brief History of Additive Manufacturing and the 2009 Roadmap for Additive Manufacturing: Looking Back and Looking Ahead [Текст] / D. L. Bourell, J. J. Beaman, Jr., M. C. Leu, and D. W. Rosen // RapidTech 2009: U.S. –Turkey Workshop on Rapid Technologies. Erfurt, 2009. P. 5-11.

3. The 3-D Printing Revolution: Dreams Made Real One Layer at a Time [Текст] / R. Ehrenberg // Science News. – 2013. March 9. – P. 20-25.

4. Козлов Б. Г. Предпосылки роста аддитивных технологий в России [Электронный ресурс] / Б. Г. Козлов // Екатеринбург, Междунар. выставка «ИННОПРОМ-2017». – Режим доступа: URL: https://www.innoprom.com/media/presentations/kruglyy-stol-additivnye-tekhnologii-luchshie-praktiki/. (30.11.2018)

5. Антонов Ф. К. 3D-печать композитов: тренды, перспективы, применение [Электронный ресурс] / Ф. К. Антонов // Екатеринбург, Междунар. выставка «ИННОПРОМ-2017». – Режим доступа: URL: https://www.innoprom.com/media/presentations/kruglyy-stol-additivnye-tekhnologii-luchshie-praktiki/. (30.11.2018)

6. Павлов С. П. Оптимизация формы термоупругих тел [Текст] / С. П. Павлов, В. А. Крысько. – Монография. – Саратов: Изд-во СГТУ, 2000. – 160 с.

7. Павлов С. П. Оптимальное армирование стержней в задачах кручения [Текст] / С. П. Павлов, М. В. Жигалов, Т. С. Балабуха // Межвуз. научн. сб. «Проблемы прочности элементов конструкций под действием нагрузок и рабочих сред». Саратов: Изд-во СГТУ, 2009. – С.151-157.

8. Павлов С. П. Влияние свойств межфазового слоя на эффективные механические характеристики нано композитов [Текст] / С. П. Павлов, Р. С. Пальков // Материалы V междунар. конф. «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» (DFMN-2013). М., 2013 г. – С. 554-556.

9. Ahmad A. A. Optimal Design of Tow-Placed Pressurized Fuselage Panels for Maximum Failure Load with Bucking Considerations [Текст] / A. A. Ahmad, M. M. Abdalla, and Z. Gurdal // Journal of Aircraft. – 2010. – Vol. 47. – №. 3. – P. 775-782.

10. Nomura, Т. Simultaneous optimization of topology and orientation of anisotropie material using isoparametric projection method [Текст] / Tsuyoshi Nomura, Ercan M. Dede, Tadayoshi Matsumori, Atushi Kawamoto // 11th World congress on structural and multidisciplinary optimization (7-12th June 2015). – Sydney, Australia, 2015.

11. Злобина И. В. Исследование прочности модифицированных в СВЧ электромагнитном поле объектов 3D печати, армированных композитом с углеродным волокном [Текст] / И. В. Злобина, Н. В. Бекренев, С. П. Павлов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. – 2017. – Т. 17. – № 4. – С. 70-81.

12. Злобина И. В. Методика проектирования и изготовления деталей сложной формы с применением аддитивных технологий с применением неметаллических композиционных материалов с топологической структурой [Текст] / И. В. Злобина, Н. В. Бекренев, С. П. Павлов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. – 2017. – № 6. – С. 69-75.

13. Павлов С. П. Оптимизация армирования элементов микромеханических приборов для геологических изысканий: компьютерное моделирование и эксперимент [Текст] / С. П. Павлов, Н. В. Бекренев, И. В. Злобина и др. // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2018. – Т. 329. – № 3. – С. 44-52.

14. Фалилеев А.Д. Практическая реализация метода Паркера для определения температуропроводности [Текст] // Современные техника и технологии: сб. XVIII междунар. научно-практ. конф. В 3 т. – Т. 3. – Томск. – 2012. – С. 137-138.

15. Вавилов В. П. Определение теплофизических характеристик материалов методом термографии [Текст] / В. П. Вавилов, В. Г. Торгунаков, Д. А. Нестерук и др. // Известия Томского политехнического университета. – 2006. – Т. 309. – № 2. – С. 130-134.