С помощью 3D-печати и аддитивных технологий можно создавать изделия и конструкции с уникальными свойствами. Исследователи из Пермского Политеха разработали методологию, которая позволит проектировать детали со сложной внутренней структурой, в том числе состоящие из нескольких материалов с разными характеристиками. При этом их форму и внутреннюю структуру разрабатывают под конкретные условия производства. Используя математические алгоритмы, ученые оптимизировали детали и конструкции таким образом, чтобы изделия были легче, прочнее и надежнее аналогов. Разработку можно будет применять в производстве отечественных самолетов и автомобилей и в сфере тяжелого машиностроения, считают ученые.
Результаты работы исследователи опубликовали в журнале Russian Engineering Research. Разработка реализована по государственному заданию Министерства науки и высшего образования России.
– Современные возможности 3D-печати позволяют создавать детали со структурой и свойствами материалов, которые изменяются в объеме изделия. Кроме того, можно получить конструкции с ячеистой структурой, которая будет обеспечивать уникальные свойства материала. Чаще всего для этого используют один металл. Мы предложили методологию, которая поможет создавать эффективные изделия одновременно из нескольких материалов. Она позволит автоматизировать технологический процесс их проектирования и производства, – рассказывает доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Пермского Политеха, ведущий научный сотрудник Центра аддитивных технологий центра коллективного пользования, кандидат технических наук Петр Максимов.
Два материала в одной конструкции могут обладать разной упругостью, прочностью и весом. Поэтому важно создать рациональную структуру, которая эффективно выдержит нагрузки. Для этого ученые Пермского Политеха использовали алгоритмы мультиматериальной топологической оптимизации. Методика проектирования также позволила определить зоны, пригодные для формирования ячеистой структуры, при этом часть детали заполняют сплошным материалом, а другую часть – ячейками.
Ученые проанализировали механическое поведение ячеистых структур различных типов и определили возможные ограничения при изготовлении изделий с помощью методов аддитивного производства. Исследователи подтвердили эффективность применения ячеек в сложных конструкциях. Результаты работы позволят создавать материалы с требуемыми механическими свойствами и оптимизировать изделия под необходимые параметры.