В МАИ разработали технологию повышения прочности полимерных изделий

В Московском авиационном институте (МАИ) разработали инновационную методику упрочнения деталей из композитов и иных полимерных материалов, изготовленных на 3D-принтере методом послойного наплавления. Это позволит существенно увеличить их прочность и срок службы. 

Указанная технология печати сегодня является наиболее экономичным и быстрым способом создания изделий в промышленном производстве, прототипировании, бытовом секторе. Она позволяет использовать большое разнообразие термореактивных материалов с различными физическими и механическими свойствами. Однако у неё есть и недостатки, главный из которых – неравномерная прочность получаемых деталей. С этим и поможет бороться предложенная в МАИ методика.

Разработка, в частности, будет полезна в авиастроении, а также в медицине – при изготовлении лёгких и функциональных протезов и ортезов. 

– С помощью новой методики можно на 30% быстрее изготавливать опытные образцы авиационной техники, – уточняет автор проекта, аспирант кафедры 1202 «Технология производства и эксплуатации двигателей летательных аппаратов» МАИ Антон Кузьмин. – Таким образом можно делать разную оснастку: различные пресс-формы для формирования листового металла, приспособления для гибки трубопроводов, кондукторы для сверления, шаблоны для сборки и так далее. 

Суть в том, что разработанная технология помогает побороть неравномерность механических свойств напечатанных деталей – они становятся одинаково прочными во всех направлениях. После печати деталь утрамбовывается в тонкий слой порошка – оксид магния, затем запекается в печи при температуре, близкой к температуре плавления пластика, после чего выдерживается в течение 1–2 часов. Утрамбованный порошок имитирует литьевую форму, и слои детали сплавляются между собой. Образцы, подверженные такой термической обработке, получаются на 20–30% прочнее исходных деталей (опционально), изготовленных при помощи других методик, а после химической обработки они становятся ещё и более гладкими.

Данный проект высоко оценило экспертное сообщество – он занял одно из призовых мест на 50-й Международной молодёжной научной конференции «Гагаринские чтения».

– Сегодня в производстве используются методы упрочнения деталей различными растворителями, например, дихлорметаном или ацетоном. Они наносятся на поверхность, из за чего границы слоёв размываются и перемешиваются, что добавляет прочности. Недостатки такого метода в том, что это упрочнение происходит только на поверхности детали. К тому же некоторая часть растворителя остаётся в пластике, что при нагревании может приводить к образованию пузырей на поверхности. Мой метод лишён этого недостатка, – уточняет Антон Кузьмин.