Ученые из Пермского национального исследовательского политехнического университета совместно с компанией – производителем 3D-принтеров разработали способ быстрого и точного контроля температуры в экструзионных аддитивных системах с индукционными нагревателями.
Как рассказал профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов ПНИПУ Дмитрий Трушников, основным технологическим недостатком 3D-печати методом послойного наплавления полимеров является отсутствие необходимой точности и скорости измерения температуры из-за большой массы теплообменника, его высокой тепловой инерции, задержек при измерении температуры контактными датчиками. Вследствие этих трудностей недостаточный или избыточный нагрев расплава влияет на прочность соединения слоев и негативно сказывается на механических свойствах 3D-изделия. Для решения этой проблемы было решено изменить оригинальную конструкцию сопла и индуктора. Теперь благодаря бесконтактному методу индукционного нагрева масса нагреваемой части экструдера уменьшилась до массы самого сопла специальной формы с общим значением, равным или менее одного грамма.
Новое сопло было выполнено из ферромагнитного сплава, который индукционно нагревается во время процесса печати. Изменение температуры влияет на свойства материала сопла и изменяет фазовые и амплитудные характеристики тока цепи индуктора.
«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 20 до 0,2 градуса, а также уменьшить задержку регулирования более чем в шесть раз. Таким образом, обеспечены высокая точность и скорость управления температурой сопла и полимерного материала», – объяснил доцент кафедры автоматики и телемеханики ПНИПУ Игорь Безукладников.
Благодаря найденному учеными способу измерять и регулировать температуру сопла для аддитивной печати впервые стало возможным полноценное управление термическим процессом, что позволит не только улучшить качество сварного соединения между слоями, но и обеспечить постоянство температуры на всем протяжении процесса печати. Разработка позволит значительно повысить качество 3D-печати крупногабаритных изделий сложной геометрической формы, в том числе при работе с тугоплавкими конструкционными термопластами, такими как полиэфирэфиркетон (PEEK), полиэфиркетонкетон (PEKK) и полиэфиримид (PEI), которые активно используются в авиастроении и медицинском протезировании.
Источник: Naked Science
распечатать статью
