Новый способ производства материалов для 3D-принтера

Аспирант физико-технического факультета Томского госуниверситета Роман Турубаев при поддержке гранта РФФИ разрабатывает модель двухфазного турбулентного закрученного течения в комбинированном аппарате порошковой технологии. Это позволит в том числе усовершенствовать способ производства материалов для 3D-принтеров, обеспечив однородность частиц сырья для печати.

Мелкодисперсные порошки с заданными размерами нашли широкое применение в 3D-печати, где всё строится по принципу наслоения. Из-за небольшого размера частиц слои можно делать очень тонкими, это позволяет напечатать объекты сложной формы. Однако разница в размере частиц может привести к тому, что слои будут получаться неоднородными и, как следствие, снизится качество готового продукта. Поэтому важно, чтобы частицы были не только мелкими, но и однородными.

— Важно также, чтобы производство сырья было экологичным. Сейчас установок, обеспечивающих это, достаточно мало, и при этом вопрос разделения по размерам для них остаётся нерешённым. Один из таких аппаратов есть в НИИ ПММ ТГУ, но у него не очень высокая эффективность. Мы решили это исправить. Раньше можно было получить X грамм порошка заданного размера за определённое время, а с нашим вариантом получается сделать это быстрее, — рассказал Роман Турубаев.

Повысить эффективность классификации порошков решили за счёт модификации лопаток ротора. Само устройство сконструировано таким образом, что частицы проходят два этапа сепарации. Сначала они запускаются снизу из трубки и за счёт аэродинамической силы огибают вращающийся отбивной диск. Если частица слишком большая, то по инерции она летит прямо, ударяется о диск и падает вниз для повторного измельчения. Легкие частицы попадут в верхнюю часть, где вращающийся ротор обеспечивает второй этап сепарации.

— Проблема в том, что когда подлетают лёгкие частицы – они неравномерно распределяются по высоте ротора и скапливаются в верхней части камеры. Было предположение, что можно выровнять распределение частиц за счёт изменения формы лопаток ротора с прямоугольной на трапецеидальную. Так ротор приобретает трапециевидную форму, за счёт чего частицы равномерно распределяются, и как следствие, процесс сепарации происходит эффективней, — пояснил Роман Турубаев.

Чтобы убедиться в эффективности этой геометрии, молодой учёный провёл два этапа расчётов: расчёт аэродинамики (как тычет газ, который поднимает частицы вверх) и расчёт траектории частиц. Была написана программа, где учтены случайные колебания, которые могут быть у частицы. Затем, чтобы избежать трудозатратных экспериментов, рассчитали поведение частиц в новом роторе в условиях ламинарности.

— Минусы экспериментов в том, что на это требуются ресурсы — как человеческие, временные, так и денежные. Сейчас с ростом вычислительной мощности машин всё это можно моделировать. Пишется программа, которая численно решает дифференциальные уравнения, а в результате мы понимаем, будет ли работать та или иная задумка, — добавил Роман Турубаев.

На данном этапе отлаживается решение турбулентной задачи, где процессы максимально приближены к реальности, а по результатам исследования приняты к печати две научные статьи. Также предстоит построить кривые эффективности и оформить патент для дальнейшего внедрения технологии в производство. Как только расчёты будут завершены, новую модель можно будет использовать как для совершенствования существующих аппаратов, так и для создания устройств нового типа.

— Наше исследование позволяет получить мелкие порошки фиксированного размера экологически чистым путём. Используя их, можно изготовить качественные материалы, которые лежат в основе очень большого количества изделий. Например, в атомной, химической, фармацевтической промышленности, авиации или машиностроении. Будь то таблетка, автомобиль или ракета – необходимо иметь хорошие материалы с микрокристаллической, наноразмерной структурой, которая, в свою очередь, позволяет значительно повысить физико-механические и функциональные свойства изделий, — подытожил Роман Турубаев.

Источник и фото: Пресс-служба ТГУ

Вы можете отметить интересные вам фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.

Помог ли вам материал?
0    0