Селективное лазерное спекание — технология 3D-печати, используемая для изготовления деталей из полиамида 12, при которой полимерный порошок соединяется лазером слой за слоем и создается изделие любой формы. Метод позволяет создавать легкие и прочные решетчатые структуры, особенно востребованные в авиационной промышленности.
Полимер отличается высокой прочностью и устойчивостью к нагрузкам. Однако изделия, изготовленные методом селективного лазерного спекания, могут быть хрупкими из-за внутренней пористости. Для укрепления структуры в состав порошка добавляют армирующие элементы, в частности, стеклянные волокна.
Исследования Пермского Политеха показали, что характеристики композитного изделия зависят от формы стеклянных частиц и ориентации печати.
Специалисты ПНИПУ создали образцы из полиамида с добавлением стеклянных частиц в виде шариков и коротких волокон, используя горизонтальную и вертикальную ориентацию печати. После провели комплексные испытания (растяжение, изгиб, сжатие, ударную вязкость, вязкость разрушения и испытания на усталость) и сравнили полученные характеристики с показателями чистого полиамида без добавок.
«Эксперименты показали, что состав материала необходимо выбирать в зависимости от того, при каких нагрузках будет использоваться деталь. Так, применение стеклянных шариков немного снизило прочность образцов при испытаниях на разрыв и ударную вязкость. Чистый полиамид менее жесткий, но показал лучшую прочность в этих испытаниях. Образцы с неравномерным распределением коротких стеклянных волокон в полимере ухудшили большинство показателей, включая прочность и пластичность»
комментирует Михаил Ташкинов, заведующий научно-исследовательской лабораторией «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.
Ученые отмечают, что на свойства детали также значительно влияет ориентация печати. Образцы, напечатанные горизонтально, оказались на 23-44% прочнее, чем вертикальные, из-за лучшего распределения нагрузки и меньшего количества слабых мест между слоями.
«С точки зрения промышленного применения выбор конкретного материала должен зависеть от точных условий эксплуатации детали, вида и величины предполагаемых нагрузок. Наше исследование показало, что для жестких конструкций его предпочтительнее укреплять стеклянными шариками. А если в приоритете ударопрочность, лучшим решением станет чистый полиамид без наполнителей»
пояснил Илья Виндокуров, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ.
Специалисты ПНИПУ выяснили, что небольшие изменения в составе материала и параметрах печати могут кардинально поменять свойства конечного продукта. Полученные результаты позволят создавать композитные детали с определенными характеристиками под конкретные задачи.
Статья опубликована в «Международном журнале передовых производственных технологий», 2025 год. Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда (№ 22-79-10350).
