Исследователи Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) и Сандийской национальной лаборатории создали методику управления свойствами пластиковых изделий в процессе 3D печати SLA. Результаты опубликованы в журнале Science.
Технология CRAFT меняет подход к SLA печати
Методика получила название CRAFT (регулирование кристалличности в аддитивном производстве термопластиков). Принцип работы основан на варьировании интенсивности света во время печати SLA. Это позволяет точно контролировать кристаллическую структуру материала в разных зонах одного изделия.
"Классический пример различий в кристалличности - это разница между полиэтиленом высокой плотности, из которого делают молочные бутылки, и полиэтиленом низкой плотности для пластиковых пакетов. Различия в свойствах этих материалов во многом определяются именно степенью кристалличности."
- Джоанна Шварц, исследователь LLNL
Преимущества перед традиционными методами
Существующие методы производства создают изделия с однородной структурой материала. Технология CRAFT преодолевает это ограничение. Она создает области с различными механическими свойствами внутри одной детали.
Меньшая интенсивность света способствует формированию упорядоченных кристаллических областей. Материал становится более жёстким. Увеличение интенсивности подавляет кристаллизацию - получается более мягкий и прозрачный материал.
Алгоритмы для промышленного применения
Исследователь LLNL Эрнан Вильянуэва адаптировал существующие вычислительные методы. Он сократил время генерации программ печати с нескольких часов до секунд. Алгоритмы преобразуют стандартные 3D-модели в инструкции для принтеров.
| Параметр | Традиционная SLA | Технология CRAFT |
|---|---|---|
| Свойства материала | Однородные | Переменные в одной детали |
| Время генерации программы | Несколько часов | Секунды |
| Контроль структуры | Отсутствует | Точный контроль кристалличности |
Практические результаты испытаний
Команда создала биоинспирированные структуры, имитирующие свойства костей, сухожилий и мягких тканей. Также разработали метаматериалы для поглощения вибрационной энергии. Такие возможности актуальны для предприятий, занимающихся мелкосерийным производством функциональных прототипов.
Перспективы для российских компаний
Российские компании, специализирующиеся на 3D печати пластиком и быстром прототипировании, проявляют интерес к подобным технологиям. Компания Cybercom, работающая в области аддитивного производства более 20 лет, отмечает растущий спрос промышленных предприятий на решения, позволяющие создавать изделия с переменными свойствами материала.
Области применения технологии
Технология CRAFT найдет применение в различных отраслях:
- Космическая индустрия
- Электроника
- Автомобилестроение
- Медицинское оборудование
Везде, где требуется точный контроль вибрационных характеристик и энергопоглощения материалов.
"Управление демпфированием энергии и проектирование метаматериалов - наиболее перспективные области применения. Множество отраслей зависят от контроля энергии и вибрационного демпфирования."
- Джоанна Шварц, исследователь LLNL
Влияние на промышленное производство
Внедрение подобных технологий упростит процессы создания сложных изделий. Устраняется необходимость смены материалов и дополнительной сборки компонентов. Для российских предприятий это открывает возможности в области импортозамещения и создания высокотехнологичной продукции.
Технология CRAFT представляет собой прорыв в области управления свойствами материалов при 3D печати. Возможность создания деталей с переменными характеристиками в рамках одного производственного цикла открывает новые горизонты для промышленного применения аддитивных технологий.
