Система экструзии высокоплотного материала и повышение производительности экструдированной полимолочной кислоты.

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 14224 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

В последние годы аддитивное производство (АП) привлекло значительное внимание благодаря его способности быстро и легко изготавливать сложные формы и геометрии, которые трудно или невозможно достичь с помощью традиционных методов производства. В этом исследовании представлена ​​разработка системы экструзии высокогравитационного материала (HG-MEX), которая генерирует поле высокой гравитации за счет центробежного ускорения. В этом процессе материал растворяется при нагревании сопла и затем осаждается на строительной платформе. Основная цель этого исследования — оценить положительное влияние силы тяжести на экструзию материала (MEX), которая является ключевым аспектом АМ. Для этого сконструирована комбинированная машина, состоящая из блока МЕХ и центрифуги. Эта система HG-MEX используется для анализа и отражения влияния силы тяжести на экструзию материала. Экспериментальные оценки показывают, что применение высокой гравитации является многообещающим подходом для улучшения точности формы и производительности деталей, изготовленных с помощью MEX. Примечательно, что наши результаты подтверждают возможность использования MEX в условиях высокой гравитации для повышения производительности процессов AM.

Аддитивное производство (АП) обычно используется для создания трехмерных объектов путем последовательного добавления слоев материала1. В отличие от традиционных методов производства, AM может легко изготавливать сложные формы и геометрические формы, которые в противном случае были бы сложными или неосуществимыми2,3,4,5. Кроме того, диапазон материалов, используемых в АМ, разнообразен и включает в себя пластики, металлы, керамику и даже биологические материалы6,7,8,9,10. Следовательно, АМ имеет широкий спектр применений в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная и здравоохранение11. Таким образом, АМ обладает потенциалом совершить революцию в производстве, обеспечив более быстрое, эффективное и более индивидуальное производство.

Примечательной характеристикой АМ является его способность облегчать гибкое изготовление сложных форм и внесение индивидуальных изменений в дизайн12. Сеххат и др.13,14 изучили влияние температуры и изменений материала на механические свойства деталей, изготовленных с помощью моделирования наплавлением (FDM). Кроме того, они подтвердили трансформацию напряжений в анизотропном материале, аддитивно изготовленном с помощью FDM. Более того, Мохамед и др.15 изучали оптимизацию параметров процесса FDM. Кроме того, Харалампус и др.16 исследовали оптимизацию механического поведения 3D-печатных конструкций, изготовленных с помощью процесса FFF, на основе машинного обучения. Кроме того, Ли и др.17 изучили влияние параметров процесса при моделировании наплавленного осаждения на степень сцепления и механические свойства. Ожидается, что АМ станет основной технологией производственной системы следующего поколения18,19,20. В 2010-х годах НАСА инициировало испытания 3D-печати на Международной космической станции с целью обеспечить устойчивость различных видов космической деятельности21. Начиная с 2020 года, долгосрочные проекты, включающие лунные и марсианские миссии, потребуют наличия возможностей по техническому обслуживанию и ремонту в регулируемых космических средах. В этом отношении АМ привлек значительное внимание благодаря своим превосходным ресурсо- и компактным характеристикам22. Даже на Земле полевые эксперименты по АМ в условиях микрогравитации проводились на основе параболических летных экспериментов в США, Китае и Германии23.

Вышеупомянутые исследовательские усилия, связанные с микрогравитацией AM, показали, что микрогравитационная среда не способствует процессу изготовления. В условиях микрогравитации АМ закрепление материала на столике затруднено, а остаточные разрушения в осадке не могут быть выброшены из-за отсутствия сил плавучести. В нескольких исследованиях АМ была предпринята попытка реализовать плотную подачу материала и устранить микропоры в отложениях даже в условиях 1 G24. Основываясь на представленных результатах, мы ожидаем, что некоторые оценочные показатели будут улучшены в условиях 1 G. Таким образом, этот вывод служит мотивацией для разработки новой технологии АМ, которая использует уровни гравитации более 1 G. В этом отношении система экструзии высокогравитационного материала (HG-MEX) представляет собой специализированную установку, предназначенную для работы в условиях высоких температур. -условия гравитации, что создает новые возможности для коммерческого и промышленного применения. HG-MEX потенциально может решить определенные проблемы, связанные с АМ в космосе и условиях микрогравитации. Таким образом, он может сыграть решающую роль в удовлетворении потребностей в эффективных и надежных технологиях производства и продвижении AM в космосе и условиях микрогравитации.