Материалы для 3D печати в военной отрасли: настоящее и перспективы

XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Материалы для 3D печати в военной отрасли: настоящее и перспективы

Лихенко А.С. 1
1ФГКОУ "Оренбургское ПКУ"
Посягина Е.В. 1
1ФГКОУ "Оренбургское ПКУ"
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Актуальность этой темы заключается в том, что 3D-печать успешно закрепилась в 5 отраслях промышленности: строительной, автомобильной, аэрокосмической, медицинской и военной. Военная промышленность всегда занимала лидирующие позиции в использовании самых современных технологий. Именно в этой области, под рубрикой «секреты», начали появляться и активно использоваться различные технологии, и эти технологии были доступны обычным потребителям только много лет спустя.

3D-печать может значительно ускорить процесс проектирования и производства. В то же время вы можете вносить изменения во времени. Таким образом, исследования занимают гораздо меньше времени, и конкретные элементы оружия могут быть введены в действие или испытаны быстрее. Многие компании в России обратились к 3D-печати не только основной модели, используемой для литья, но и отдельных частей изделия. Инженеры и дизайнеры открывают новые возможности и перспективы для развития революционных технологий. Но какие материалы можно и лучше использовать в военной отрасли?

Цель работы: теоретически обосновать применение 3D-принтера в военной отрасли и изучить материалы которые существуют на сегодняшний день для 3D-принтера в военной отрасли, сделать сравнительный анализ их.

Задачи:

  1. Изучить научную литературу и статьи по данной проблеме.

  2. Обобщить и проанализировать:

  • области применения 3D-принтера в военной отрасли: достижения и перспективы;

  • преимущества и недостатки использования 3D-принтера в военной отрасли;

  • проблемы и перспективы применения материалов для печати на 3D-принтере в военной отрасли;

  • сравнительную характеристику материалов для 3D-печати в военной отрасли. Проблемы и перспективы.

Гипотеза: если 3D-печать используется в военной отрасли, то материалы для 3D-принтера должны обладать определенными характеристиками.

Методы исследования: Изучение информации, полученной из Интернета, сравнение.

Объект исследования: 3D-печать в военной отрасли.

Предмет исследования: материалы для 3D-принтера и их особенности.

Актуальность моего исследования определяется тем, что 3D-печать на сегодняшний день затронула многие области науки и промышленности. Разнообразие материалов для 3D-принтера расширит области его применения.

Практическая значимость данного исследования заключается в том, что оно может быть полезно в качестве просветительского материала для уроков.

Результат исследования: на основе анализа полученных данных оценить насколько перспективно использование известных материалов; понять насколько точно 3D-объект может повторить характеристики образца и от чего это зависит; предположить какие из материалов для 3D-печати самые перспективные в военной отрасли.

1. Теоретико-методологические основы материалов для 3D-печати в военной отрасли

1.1. Области применения 3D-принтера в военной отрасли: достижения и перспективы

Согласно источнику: Global Additive Manufacturing Market, Forecast to 2025 году аэрокосмическая и оборонная промышленность станут крупнейшими областями применения 3D-принтеров [7, с.42].

Авиация. 3D-печать позволяет создавать прототипы и миниатюры летающих объектов, беспилотных летательных аппаратов или корпусов дронов. Эта технология уже давно принята на вооружение военными по всему миру, а 3D-печать делает их более доступными и мобильными.

Инженеры создают беспилотные летательные аппараты, которые можно использовать для оказания помощи солдатам: для связи, доставки и наблюдения с воздуха.

Дроны изготавливаются с использованием готовых двигателей и пропеллеров, но их корпуса почти полностью печатаются на 3D-принтерах. Максимальная скорость дрона составляет 55 миль в час. Дроном может управлять оператор с пульта дистанционного управления или он может работать в полностью автономном режиме.

Королевский военно-морской флот сотрудничал с Университетом Саутгемптона в создании беспилотных летательных аппаратов с использованием технологии 3D-печати. Корпус изготовлен из нейлона и использует технологию лазерного спекания. Размах крыльев составляет полтора метра, а вес дрона - всего три килограмма. Главная задача, поставленная перед этим проектом — создать небольшой беспилотник для изучения окружающей среды, который можно быстро распечатать на борту, была выполнена.

На дроне установлена небольшая камера, которая называется SULSA. Контроль был проведен исследователями из Саутгемптона с помощью видеокамеры. 500-метровый полет длился всего несколько минут, но он доказал, что напечатанные на 3D-принтере дроны можно запускать с моря.

General Electric объявила об успешном тестировании усовершенствованных турбовинтовых авиационных двигателей и деталей, напечатанных на 3D-принтере. Это гражданский двигатель, но использование 3D-печати позволило снизить его вес примерно на 45 кг и увеличить сгорание топлива на 20%, тем самым увеличив мощность на 10%. Это открыло огромные возможности для военной авиации.

Turbomeca, французский производитель вертолетных газотурбинных двигателей, использует 3D-печать и лазерное спекание с толщиной слоя 100 микрон для создания топливной форсунки. Компонент изготовлен из никелевого суперсплава, который обладает более эффективным напылением и охлаждением.

Флот. Проект «Подлодка для спецназа» реализован инженерами ВМС США. Подлодка напечатана по чертежам реально существующего девятиметрового судна, которое используется «морскими котиками». Прототип изготовили из шести составных частей, напечатанных из углеродного волокна. Процесс занял около четырех недель: три на печать, одна на моделирование (производство подводной лодки традиционным способом заняло бы 3-5 месяцев). Стоимость спецплавсредства составила бы $600-800 тысяч, вместо затраченных 80.

В Южной Корее массив динамиков авианосца напечатан на 3D-принтере. Доставка этих сеток из Европы занимает до семи месяцев и стоит 612 долларов каждая. Печатная часть изготавливается в течение 4-5 часов, а её стоимость составляет около 35 долларов [8].

Боеприпасы и стрелковое оружие.Армия США спроектировала и напечатала на 3D-принтере полностью функциональный гранатомет, который называется “R.A.M.B.O”. Разработка гранатомета заняла около шести месяцев. Стреляет он гранатами, изготовленными также с помощью 3D-печати.

Команда Корпуса морской пехоты США работает над 3D-печатью и тестирует небольшие контейнеры со взрывчаткой, которые можно использовать на поле боя. Основной корпус гранат и мин изготовлен из прочного полимера, который выдерживает механические повреждения и безопасен при транспортировке.

В концерне «Калашников» российские военные конструкторы делают разнообразные части стрелкового оружия из металлической и полимерной крошки на 3D-принтерах. Тульское Конструкторское бюро приборостроения имени Шипунова известно богатым ассортиментом выпускаемого оружия: от пистолетов до высокоточных ракет. К примеру, перспективный пистолет и автомат АДС, который призван заменить у бойцов спецподразделений АК74М и АПС, собирается из деталей из высокопрочного пластика, которые печатаются на принтере. Под некоторые военные изделия в КПБ уже смогли создать пресс-формы, в настоящее время прорабатывается серийная сборка изделий.

Боевые машины. Россия опробовала применение различных деталей, напечатанных на 3D-принтере, в своем новейшем танке Т-14 «Армата». 3D-печать активно использовалась в процессе разработки для создания прототипов, также ожидается, что напечатанные детали будут использованы при массовом производстве 2300 заказанных деталей этого танка.

Китайская армия приобрела принтер 3D Systems ProJet 4500 и использует его для печати запасных частей военных грузовиков, входящих в отряды топливных автоцистерн.

Строительство. В боевых условиях, чтобы закрепиться на поле боя, солдаты возводят бараки, дзоты и заградительные сооружения и сделать это бывает затруднительно. Армейская лаборатория США совместно с NASA разработали полевую систему ACES – мобильные комплексы 3D-печати. Установки позволят быстро напечатать армейские постройки. Полевой принтер работает с широким перечнем материалов, включая строительный бетон. В тестовом режиме напечатали комплекс площадью 50 квадратных метров. Испытания показали, что армейский строительный билдер позволяет обходиться без рабочих и возводит бараки в несколько раз быстрее, чем обычная техника [3].

Обмундирование. Американские военные обратились к создателям костюма «Железного человека», персонажа кинофильмов, за помощью в создании обмундирования для солдата будущего. Военные поручили студии Legacy Effects разработать и напечатать прототипы компонентов для комплекта специального обмундирования TALOS. TALOS будет содержать систему охлаждения, для поддержания комфортной температуры в костюме, тактический дисплей и встроенный экзоскелет.

В Швейцарской гвардии униформа веками изготавливалась из металла, но теперь они решили идти в ногу со временем и использовать шлемы из ПВХ с 3D-печатью, которые будут дешевле и легче.

Ремонт военной техники и оборудования. В сложных условиях армии необходимо восполнение боеприпасов, запчастей к технике и т.д. Особенно, когда техника изначально заграничного производства. На помощь снова приходят 3Д технологии. Любая деталь может быть отсканирована и распечатана, т.е. используется реверс-инжиниринг. Это выгодно и эффективно.

Самообеспечение. Армия США разрабатывает принтеры для печати еды, которые имеют ряд достоинств: возможность снижения стоимости питания, по сравнению с традиционной доставкой пайков; возможность составления индивидуального меню, в соответствии с предпочтениями каждого солдата; возможность индивидуальной балансировки рациона, в зависимости от диетических потребностей каждого солдата.

Была разработана технология производства PET-нитей для печати на 3D-принтерах из пластиковых отходов, бутылок с водой и пластиковой упаковки, которые являются наиболее распространенным мусором на поле боя. Как Соединенные Штаты, так и союзники произвели большое количество этих отходов, и возможность их переработки позволит снизить затраты на транспортировку сырья. Нити, изготовленные из переработанных материалов, при условии, что они должным образом очищены и высушены, имеют прочность на разрыв, точно равную прочности аналогов из первичного сырья [8].

1.2. Преимущества и недостатки использования 3D-принтера в военной отрасли.

В нашу эпоху цифровых технологий 3D-принтеры активно используются военными подрядчиками и сотрудниками всех родов войск.

Однако, каждая технология изготовления обладает своими преимуществами и недостатками.

Основными преимуществами можно выделить следующие:

  • гибкость в проектировании, при необходимости внесение изменений в конструкцию;

  • оперативность изготовления прототипов по 3D-модели, высокая скорость изготовления мелкой серии, сокращение времени производственного цикла до 80%;

  • создания легких деталей с сохранением характеристик до 40%, что приводит к значительной экономии топлива;

  • низкий уровень отходов (снижение вероятности появления неликвидного продукта), т.к. процесс 3D-печати основан на изготовлении деталей слой за слоем, материал используется только там, где он необходим;

  • сокращение количества комплектующих (сборки), т.е. возможность объединить несколько деталей в один компонент. Сокращение количества необходимых деталей может значительно упростить процесс сборки и технического обслуживания за счет сокращения времени, необходимого для сборки;

  • снижение стоимости жизненного цикла изделия. Предполагает использование меньших производственных площадей, меньшую оснащенность производства оборудованием в сравнении с традиционными методами обработки;

  • создания эксклюзивного продукта (детали со сложной конфигурацией и внутренней структурой, производство которых невозможно фрезерованием или методом литья);

  • 3D-печать позволяет решить проблему ограниченной вместимости судов, позволяя печатать оборудование в море, по мере необходимости;

  • составление каталога запасных частей, который может быть загружен на планшет служащего. Программное обеспечение данного каталога позволяет прямо из него заказать или осуществить 3D-печать изделия [7, с.48].

Рассмотрим технические и экономические барьеры внедрения 3D-печати:

  • высокая стоимость материалов для 3D-принтера. Порошок стоит дороже алюминиевой чушки или слитка, потому что для получения порошка требуются дополнительные технологические переделы. Если слиток отливают из жидкого металла, и он практически сразу готов к переработке, то для производства порошка требуется этот слиток еще и распылить, отделить нужные фракции и упаковать с определенными требованиями. Печать из металла – дорогая технология;

  • отличия в геометрии и свойствах между «идентичными» деталями, изготовленными на разных установках;

  • недостаток или отсутствие квалифицированных кадров;

  • низкий уровень доверия к изделиям, напечатанным на 3D-принтере;

  • проблема сертификации качества. Многие вещи, которые в армии предполагается производить с использованием 3D-печати, рассчитаны на жесткие условия эксплуатации, к ним предъявляются высокие требования по соблюдению размеров, геометрии и качества, а неудачно напечатанная часть может привести не только к денежным убыткам, но и к гибели солдат;

  • недостаточная для армии скорость печати. Даже самый дорогой из 3D-принтеров недостаточно [7, с.49].

2. Анализ материалов для 3D-печати

2.1. Проблемы и перспективы применения материалов для печати на 3D-принтере в военной отрасли

С 2008 года любой 3D-принтер мог использовать только один тип расходного материала - ABC plastic. Во многих отношениях это один из лучших расходных материалов для 3D-печати. С появлением принтеров, которые могут обрабатывать различные типы материалов одновременно, ассортимент материалов, доступных для 3D-печати, продолжает расширяться, открывая новые возможности применения.

Металлы, их сплавы, полимеры, пластмассы, порошки драгоценных металлов, а также стекловолокна и керамика, нейлон, гипс, цемент и другие добавки были добавлены в список материалов, используемых для печати. Существуют новые материалы, специально разработанные для 3D-печати, в том числе древесное волокно (смесь пластика и дерева, похожая по внешнему виду на древесину), гидрогель и материал, который можно печатать с органическими ячейками. Среди инновационных материалов можно отметить:

  1. Металлический порошок. Данный материал во время печати смешивается с полимером и используется в технологии лазерного спекания металлов. Изделия, напечатанные из смеси полимера и металлического порошка, имеют повышенную прочность сравнимую с настоящим металлом.

  2. Графен. Этот углеродный материал используется в экспериментальных целях для выведения нового композита. В идеале напечатанный на 3D-принтере графеновый лист будет иметь толщину, равную одной молекуле. По весу материал будет легче воздуха, но его прочностные свойства будут очень высокими - лист в десять раз прочнее стали.

  3. Керамическая пена. Такой материал имеет гибкие характеристики, которые можно менять в зависимости от целей использования. Из керамической пены на 3D-принтере можно напечатать как очень легкую фигуру, так и тяжелый монумент. В теории разработка уже существует. Но она требует проведения ряда испытаний и стабилизации функциональных свойств.

Согласно анализу и исследованию «Россия и мировой рынок технологий 3D-печати (2020)», металлы в 3D-печати станут наиболее распространенными, а доля производства функциональных компонентов также увеличится.

3D-печать с использованием металла перспективна, поскольку она значительно сокращает технический процесс и позволяет получить любую деталь в единственном экземпляре или на микрозаводе. Металлические изделия, напечатанные на 3D-принтерах, отличаются по своим свойствам – плотности, остаточным напряжениям, механическим свойствам, несбалансированной микроструктуре, кристаллической структуре - и лучше, чем изделия, изготовленные литьем и другими деформируемыми методами.

Для промышленной 3D-печати в качестве исходных материалов используются различные мелкодисперсные металлические порошковые композиции на основе титана, алюминия, никеля, кобальта и других металлов. Однако к ним предъявляются высокие требования: они должны иметь сферическую форму, определенный гранулометрический состав, подходящий высокий выход, высокую химическую однородность и пониженное содержание газовых примесей – кислорода и азота.

К наиболее распространенным материалам относятся фотополимеры - вещества, которые меняют свои свойства и агрегатное состояние при воздействии ультрафиолетового света (фоточувствительные смолы). Различные свойства делают эти материалы поистине универсальными. Фотополимерные модели могут иметь разные цвета, эластичность и жесткость, матовые и прозрачные, композитные, термостойкие, биосовместимые, сходные по своей природе с полипропиленовыми и ABS-пластиками, а также обладать многими другими свойствами. Преимущества фотополимеров в сравнении с другими материалами для 3D-печати описаны в приложении 2.

ABC plastic во многих отношениях один из лучших расходных материалов для 3D-печати. Это биоразлагаемый термопластик из возобновляемых ресурсов. Еще из плюсов можно выделить: не пахнет неприятно при печати, не сокращается так резко, когда остывает.

Сравнительная характеристика ABS и PLA пластика представлена в приложении 1.

Поликарбонат и сплавы ABS в военно-промышленном комплексе используются для изготовления корпусов, компонентов управления и аварийной замены ряда пластиковых деталей в оборудовании.

Многообещающим направлением в производстве материалов можно назвать «Проект вечного пластика». В качестве сырья используются старые пластиковые отходы, а механизм очищается, измельчается и прессуется в линии для 3D-печати [5].

Таким образом, полимеры, несомненно, относятся к классу материалов, которые просты в обработке и имеют относительно низкое энергопотребление. Они комбинируются с различными другими материалами для инженерных и технических применений с различными требованиями. Поэтому необходимо активно изучать технологичность полимерных материалов при использовании послойной технологии.

2.2. Сравнительная характеристика материалов для 3D-печати в военной отрасли. Проблемы и перспективы

Выбор доступных материалов для 3D-печати для военной промышленности варьируется от термопластов инженерного класса (например, ULTEM 9085, ULTEM 1010, PAEK, армированный нейлон) до металлических порошков (высокоэффективные сплавы, титан, алюминий, нержавеющая сталь):

  • титановые сплавы, которые отличаются высочайшей прочностью и свойствами;

  • из сплавов кобальт-хрома, нержавеющей стали и алюминия. Изделия отличаются высокой плотностью и не уступают механически обработанным аналогам;

  • из полиамида печатают шестерни. Лучший материал для этой цели, с которым можно работать на обычном 3D-принтере с закрытой камерой. Стойкость к истиранию позволяет делать тяги, кулачки, втулки скольжения;

  • из металла – дорогая технология.

Нейлон - это широко используемая серия синтетических полимеров, используемых в производстве. Это тяжеловес в мире 3D-печати. По сравнению с большинством других материалов нейлон обладает наиболее сбалансированными характеристиками жесткости, гибкости и срока службы.

Для авиации и ракетостроения детали должны быть прочными, легкими, точными, обладать особыми свойствами, присущими данному объекту. В данных сферах обычно используются так называемые конструкционные пластики и металлы. Добавление различных элементов для пластиков позволяет улучшить свойства материала в необходимых условиях. Различные филаменты с поликарбонатом, смеси пластиков с другими материалами для 3D-печати, полиамиды, материалы PEEK, PEI, PPSF, PSU способны работать в тяжелых условиях и удовлетворять требованиям авиации.

Металл используется для 3D-печати в авиации и ракетостроении. Благодаря принципу комбинирования различных металлических порошков могут быть реализованы особые свойства металла. Эта техника отличается от литья, позволяя получать более сложные формы объектов без высоких материальных и трудовых затрат. Кроме того, изделия, напечатанные на 3D-принтере с использованием металла, не имеют пористости, которая может повлиять на качество отливок.

В будущем будут созданы новые материалы для 3D-принтеров, эти материалы будут обладать уникальными сочетаниями характеристик и атрибутов, а также позволят получать долговечные детали с небольшой массой и огромными размерами [3].

Еще один материал, который сочетает в своих свойствах температурную стойкость, механическую прочность и устойчивость к химическим воздействиям PPSF (характеристики представлены в приложении 2).

Менее распространен по сравнению с PPSU, обладает схожими физическими характеристиками, химически инертный, самозатухающий. Рабочая температура - 175 град C, до 33% дешевле по сравнению с PPSU.

Далее можно обозначить такой материал для трехмерной печати в военной отрасли как PEEK. PEEK - это пластик, органический термопластичный полимер с удивительным сочетанием механических свойств, включая высокотемпературные свойства, механическую прочность и превосходную химическую стойкость.

PEEK обладает некоторыми интересными функциями, особенно при производстве функциональных прототипов и деталей. Свойства представлены в приложении 2. Некоторые из этих свойств можно дополнительно улучшить, усилив PEEK композитными материалами, такими как стекловолокно, графит, дисульфид молибдена или углеродное волокно.

Как и все материалы, которые существуют в области аддитивного производства, у PEEK также есть ряд недостатков, что ограничивает его использование в некоторых отраслях промышленности.

Хотя спрос на детали на основе PEEK растет в геометрической прогрессии в различных отраслях промышленности, таких как военная, фармацевтическая, нефтехимическая или пищевая промышленность, высокая стоимость не позволяет широко использовать их в 3D-печати. К счастью, существует хорошая замена этому материалу — полиэфирпиримидин (PEI).

Полиэфиримид (PEI) представляет собой аморфный термопласт от янтарного до прозрачного цвета. Хотя оба материала — PEEK и PEI — имеют одинаковую стойкость к высоким температурам, они происходят из разных семейств термопластов.

Модифицированный полифенилсульфон (PPSF или PPSU) представляет собой высокотемпературный ароматический сульфоновый полимер с высокой устойчивостью к ультрафиолетовому излучению.

Это позволяет использовать полисульфоны в различных областях. Полимеры на основе сульфонов обладают многими свойствами, которые делают их привлекательными для широкого спектра применений. Некоторые из характеристик, представляющих интерес, включают превосходную термическую стабильность, ударную вязкость, стойкость к гидролизу, присущую огнестойкость (то есть не добавляются модификаторы антипирена) и прозрачность. PSF, PES и PPSF обладают многими схожими характеристиками, поэтому их можно использовать взаимозаменяемо во многих приложениях. В этом случае чаще всего используется PSF из-за его более низкой стоимости. Существуют области применения, в которых PES используется для повышения тепловых свойств или химической стойкости.

Кроме того, многие применения стали возможными благодаря превосходной гидролитической стабильности, химической стойкости, огнестойкости и сверхпрочному поведению PPSF.

Кроме того, сульфокислотные смолы в их естественном состоянии очень чисты и безопасны с точки зрения контакта с пищевыми продуктами. Существует множество разновидностей PSF, PES и PPSF на выбор, которые отвечают требованиям Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) в отношении повторного контакта с пищевыми продуктами.

В последнее время производители различных типов оборудования выбирают полифениленсульфид (PPS, ПФС) в качестве конструкционного материала, когда речь идет об особенно сложных условиях эксплуатации, из-за его относительно низкой стоимости. Этот особый вид инженерного пластика не только обладает особой прочностью и эластичностью, но и сохраняет все эти свойства при высоких температурах [5].

Заключение

Подводя итог, стоит отметить, что использование 3D-принтеров и современных материалов позволило изготавливать более технически сложные изделия. По сравнению с традиционными методами, изделия получаются очень легкими за короткий промежуток времени. Низкий уровень отходов (снижение вероятности появления неликвидного продукта), т.к. процесс 3D-печати основан на изготовлении деталей слой за слоем, материал используется только там, где он необходим. Главное преимущество использования новейших композитных материалов заключается не в замене изношенных деталей, а в модернизации существующих деталей. Основной недостаток — это высокая стоимость материалов для 3D-принтера.

Если рассматривать используемые материалы, то все на высоком уровне. Печатается практически все, от металлов до полимеров: твердые и гибкие, твердые и мягкие, горючие и огнеупорные, и используются везде.

Однако необходимо сместить акцент на расширение перечня применений 3D-печати в военной промышленности и расширение производства изделий.

Анализируя научную литературу по этому вопросу, мы не нашли её систематического освещения, хотя многие авторы рассматривали определенные аспекты создания, разработки и применения новых композиционных материалов для 3D-принтеров. Наша работа направлена на то, чтобы доказать законность существования технологий, которые позволят нам выполнять полезные задачи в военной отрасли и многих других отраслях.

Список использованных источников и литература

  1. Богомолова И.В. Неорганическая химия: Учебное пособие / И.В. Богомолова. - М.: Альфа-М, НИЦ ИНФРА-М, 2019. - 336 c.

  2. Барнат К. 3D печать: третья индустриальная революция. 2013. 3D принтер. [Электронный ресурс— www.printbox3d.ru. 3D]

  3. Военные всё чаще прибегают к использованию 3D-принтеров [Электронный ресурс] URL: https://topwar.ru/99339-voennye-vse-chasche-pribegayut-k-ispolzovaniyu-3d-printerov.html (дата обращения: 05.10.2022).

  4. Канеса И., С. Фонда, М. Зенаро, Доступная 3D печать для науки, образования и устойчивого развития. The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics, 2019.

  5. Материалы для 3D печати - пластик, фотополимер, гипс, полиамид (3d-services.ru) [Электронный ресурс] URL: https://3d-services.ru/materialy-dlya-3d-pechati/ (дата обращения: 10.10.2022).

  6. Михайлова, А. Е. 3D принтер — технология будущего / А. Е. Михайлова, А. Д. Дошина. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 20 (100). — С. 40-44. — URL: https://moluch.ru/archive/100/22467/ (дата обращения: 21.08.2022)

  7. Рынок технологий 3D-печати в России и мире (аналитическое исследование). Группа «ДЕЛОВОЙ ПРОФИЛЬ» // Журнал «CAD/CAM/CAE Observer» №1(141)/2021 с.42-51

  8. Технологии 3D-печати всё активнее применяются в оборонной отрасли. Ю. Козлова // Журнал IT News № 12/2019 [Электронный ресурс] URL: https://www.it- world.ru/it- news/tech/149880.html?PAGEN_1=25&IBLOCK_CODE=it-news (дата обращения: 10.10.2022).

Приложение 1

Таблица 1. Характеристика ABS и PLA пластика.

Технические характеристики

АBS

PLA

1

Средний индекс плавления (объемный индекс течения, MVI) (см3/10 мин)

9,7

10,3

2

Температура размягчения (°C)

110-125

70-80

3

Температура плавления (°C)

210-240

160-190

4

Прочность на разрыв (МПа)

~70

~60

5

Модуль упругости (МПа)

~2300

~3500

6

Ударная прочность по Изоду (кДж/м2)

5-50

2-40

7

Стойкость к атмосферным воздействиям

хорошая

средняя

8

Токсичность

Может вызывать раздражения

нетоксичен

9

Стойкость к УФ-излучению

средняя

хорошая

10

Твердость поверхности

средняя

высокая

11

Деформация

высокая

низкая

12

Воспламеняемость

легко воспламеняется

не воспламеняется

13

Возможность последующей обработки (сверление, шлифовка, фрезеровка, доводка)

хорошая

средняя

14

Температура экструзии (°C)

215-260

190-230

15

Температура печатной платформы (°C)

80-120

50-70 (нагрев не требуется)

Приложение 2

Таблица 2. Характеристики некоторых материалов, используемых для 3D принтеров в военной отрасли

Материал

Характеристики и преимущества

Фотополимеры

  • высокая детализация и идеально гладкие поверхности напечатанных объектов;

  • возможность выращивать геометрически сложные изделия;

  • превосходные физико-механические свойства готовых моделей и прототипов;

  • большой выбор материалов для 3D-печати с различными свойствами;

  • простота постобработки – их легко склеивать, шлифовать, окрашивать и проводить различные манипуляции;

  • точность. Напечатанные на фотополимерном 3D-принтере объекты сложной геометрии могут иметь очень тонкие части – до 0,025 мм.

АВС

  • недорогой;

  • легко поддается обработке обычными инструментами;

  • легко поддается окраске посредством наполнения ингредиентом;

  • низкая масса;

  • хорошая стойкость к химическому воздействию;

  • прекрасные изоляционные свойства;

  • высокая прочность, долговечность, стойкость к ударным нагрузкам;

  • подходит для движущихся частей, автомобильных деталей, корпусов электроники и игрушек.

PLA

Преимущества:

  • прочный, удобный для пользователей, долговечный;

  • идеален для печати маленьких игрушек;

  • более высокая скорость печати, более плавный переход между слоями;

  • малая усадка при охлаждении, меньшая деформация по сравнению с ABS;

  • платформа с подогревом не обязательна;

  • простота печати.

Недостатки:

  • гибкость низкая, прочность на изгиб небольшая;

  • более хрупкий, чем ABS;

  • не растворим;

  • общий температурный диапазон печати составляет 180 ° C - 230 ° C.

PEEK

Преимущества:

  • высокая устойчивость к экстремальным температурам до 260 ° C (480 ° F), а также к агрессивным жидкостям, газам и высокому давлению;

  • нерастворим в обычных растворителях, может предотвратить гидролиз, так что он не разлагается водой или паром под высоким давлением и используется;

  • легкий вес: PEEK имеет низкий удельный вес 1,3 г / с*    м³, что вдвое меньше, чем у алюминия и в шесть раз меньше, чем у стали;

  • высокая способность к регенерации;

  • низкий коэффициент трения;

  • превосходное сопротивление ползучести;

  • стойкость к истиранию;

  • стабильность размеров.

Недостатки:

  • работать при очень высоких температурах. Температура плавления PEEK составляет 343°C;

  • обладает плохой устойчивостью к хлору и брому, концентрированной серной и азотной кислоте, а также кетонам и нитробензолам.

  • обладает низкой устойчивостью к ультрафиолетовому излучению.

PPSF

  • прозрачный аморфный материал;

  • допускает кратковременный нагрев до 200°C;

  • температура длительной эксплуатации до 160 °C;

  • выдерживает охлаждение до -100°C;

  • температура стеклования: 190 - 195 °C;

  • обладает высокой жесткостью, стойкостью к ударным нагрузкам ниже, чем у pc. имеет высокую химическую стойкость. высокая стойкость к гидролизу;

  • один из немногих материалов, который может работать в кипящей воде под нагрузкой. имеет отличные диэлектрические свойства в широком диапазоне температур и частот. Нетоксичен. Не имеет запаха. Биологически инертен. Рекомендуется для точного литья;

  • ползучесть полисульфона при 1000С меньше чем у сополимеров формальдегида или АБС-пластика при комнатной температуре.

PEI

  • термостойкость: 217°C;

  • огнестойкость;

  • гидролитическая стабильность;

  • превосходная стабильность размеров (низкая чувствительность к ползучести и низкий равномерный коэффициент теплового расширения) и высокая воспроизводимость размеров деталей по трехмерным моделям;

  • превосходная прочность и эластичность даже при высоких температурах;

  • хорошая устойчивость к различным химическим веществам, таким как автомобильные жидкости, полностью галогенированные углеводороды, спирты и водные растворы;

  • стабильная диэлектрическая проницаемость и коэффициент рассеяния в широком диапазоне температур и частот.

Просмотров работы: 240