Секрети міцності 3D-друку: як структура заповнення впливає на властивості виробів

Сучасні адитивні технології, зокрема 3D-друк, революціонізують виробництво, дозволяючи створювати складні тривимірні об'єкти з різними механічними властивостями. Команда дослідників з Українського державного університету науки та технологій провела унікальне дослідження, яке розкриває важливі аспекти впливу внутрішньої структури заповнення на міцність надрукованих деталей.

Дослідження було зосереджено на параметрі заповнення (Infill), який суттєво впливає на механічні характеристики тривимірного об'єкта. Науковці обрали п'ять різних типів структури заповнення: зірка, клітинка, лінії, сітка та трикутник. Метою експерименту було визначити, як різні геометричні patterns впливають на міцність та пружність виробів.

Методологія дослідження включала створення спеціального експериментального устаткування. Дослідники виготовили десять зразків — по два для кожного типу заповнення. Базовою деталлю слугувала пластина розміром 3×70 мм з чотирма отворами, надрукована з PLA-пластику. Модель було створено в середовищі OpenSCAD, а G-код згенеровано за допомогою слайсера PrusaSlicer.

Експериментальна установка складалася з мірної шкали, проволоки, ємності для води та спеціального кріплення. Суть методики полягала в поступовому додаванні води до ємності, внаслідок чого зразок поступово деформувався. Кут нахилу вимірювався за допомогою транспортира, закріпленого на проволоці.

Результати дослідження виявили цікаві закономірності. Зразки з трикутним та зірковим типами заповнення продемонстрували значно вищу механічну міцність порівняно з лінійними, сітчастими та клітинчастими структурами. Критичне навантаження для різних типів заповнення також відрізнялося: трикутник витримав близько 3000 грамів, зірка — 2700 грамів, тоді як лінійне заповнення — лише 2000 грамів.

Важливо зазначити, що дослідження мало попередній характер. Науковці підкреслюють наявність суттєвих похибок вимірювання та необхідність подальших досліджень з використанням спеціалізованого обладнання. Зокрема, потребує детального вивчення питання анізотропії характеристик надрукованих зразків.

Практичне значення роботи полягає в тому, що виробники та конструктори можуть свідомо обирати тип заповнення залежно від очікуваних навантажень та умов експлуатації виробу. Наприклад, для деталей, що потребують високої міцності, доцільно використовувати трикутне або зіркоподібне заповнення.

Дослідження проведено колективом науковців: кандидатом технічних наук Андрієм Зимогляд, доктором технічних наук Антоном Гудою та магістром Станіславом Ткаченком з Дніпровського металургійного інституту Українського державного університету науки та технологій.