Фотополимеры стали незаменимыми материалами для авиационной, ракетной, автомобильной и ювелирной промышленности, а также стоматологии. Эти особые жидкие смолы затвердевают под действием ультрафиолетового света, после чего на 3D-принтере создают точную копию детали. Полученное изделие помещается в термостойкую форму из современных литейных смесей или гипса, а затем отправляется в печь при очень высокой температуре. В процессе нагрева фотополимер выгарает, освобождая полость для заливки расплавленного металла. После застывания металл принимает точную форму будущей детали, а литейную форму разбивают и извлекают готовое изделие. По такому принципу изготавливают имплантаты, сложные промышленные компоненты, включая лопатки турбин, а также зубные протезы и ювелирные изделия любой сложности.
Почему важна точность предсказания поведения фотополимеров
Одна из главных сложностей при работе с фотополимерами — значительное расширение их объёма во время нагрева, что в ряде случаев приводит к разрушению или деформации литейных форм. Повреждение влияет на конечное качество продукции и повышает процент брака, снижая эффективность производственного цикла. Команда учёных Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) под руководством Вероники Струковой, Анны Каменских и Дмитрия Пустовалова подошла к этой задаче комплексно: специалисты объединили экспериментальные исследования с моделированием, чтобы изучить тепловое поведение фотополимеров и сделать процесс производства более управляемым и предсказуемым.
Инновационный подход: цифровая модель материалов от Пермского Политеха
Исследовательская группа из ПНИПУ создала уникальную компьютерную модель, способную анализировать и эффективно предсказывать поведение фотополимерных материалов при различных температурах нагрева. Алгоритм учитывает целый спектр параметров: температуру, скорость нагрева, особенности материала и десятки технических характеристик. Благодаря внедрённому методу стало возможно достигать точности прогноза свойств фотополимеров до 95%. Такой уровень надёжности позволяет исключить появление дефектов на критичных этапах производства, что жизненно важно для высокотехнологичных отраслей.
По словам Вероники Струковой, руководителя студенческого проектно-конструкторского бюро «Технологическая механика аддитивных и литейных процессов» и ассистента кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ, неравномерное расширение фотополимеров при нагреве долгое время оставалось основной причиной брака. Новая модель, разработанная при её участии, позволяет на цифровом этапе выявлять потенциальные риски возникновения трещин и деформаций литейных форм, что открывает путь к оптимизации всего производственного механизма.
Практические результаты и цифровая база данных
Достигнутые успехи стали возможны благодаря многофакторному анализу, где каждый эксперимент подтверждался цифровым моделированием. Виртуальные копии фотополимерного материала имитировали поведение исходных образцов с минимальным отклонением не более 5% при определённых режимах работы. Это позволило коллективу специалистов руководствоваться сразу 40 важнейшими техническими параметрами, влияющими на результирующее качество изделий.
Анна Каменских, доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики, заведующая лабораторией цифрового инжиниринга машиностроительных процессов, подчёркивает, что точность результата контролируется за счёт интеграции цифровых данных, ручных экспериментов и анализа статистики. Все сведения о технологических настройках (скорость 3D-печати, температура нагрева, уровень облучения) регулярно заносятся в специально созданную базу данных. Такой подход ускоряет подбор оптимальных режимов производства, повышает качество прототипов и значительно снижает временные и материальные потери.
Вклад команды Дмитрия Пустовалова и будущее отрасли
Дмитрий Пустовалов, старший преподаватель кафедры инновационных технологий машиностроения ПНИПУ, замечает, что формируемая цифровая база постоянно пополняется, что обеспечивает актуальность и широкий охват исследования. Благодаря этому промышленность получает уникальный инструмент: можно заранее определять, как выбранный фотополимер поведёт себя на любом из этапов 3D-печати, выжигания и финального производства. Это особенно ценно для авиационной, стоматологической и ювелирной сфер, где требования к точности изделий чрезвычайно высоки.
В конечном итоге модель, разработанная в Пермском Политехе, не только предсказывает риск возникновения недочётов, но и позволяет быстро реагировать на малейшие изменения параметров, минимизируя потери и расход дорогостоящих материалов. Такой подход способствует широкому внедрению цифровых технологий в машиностроение, а также ускоряет переход к производствам нового поколения.
Реальные выгоды для современных технологий
Внедрение инновационной системы позволяет существенно повысить уровень контроля и снизить долю производства бракованных деталей. Модели, разработанные ПНИПУ под руководством Вероники Струковой, Анны Каменских и Дмитрия Пустовалова, доказали особую эффективность в наиболее сложных промышленных процессах, включая производство имплантатов, аэрокосмических компонентов и прецизионных прототипов для автостроения. Цифровизация производственного цикла даёт уверенность в стабильности результатов и создает прочную базу для последующих научных разработок в области новых материалов и технологий.
Благодаря синергии научных подходов и практического анализа инженеры Пермского Политеха раздвигают границы возможного: будущее современного промышленного производства всё более опирается на доскональное знание свойств материалов, и именно этому тренду соответствует плодотворная работа команды ПНИПУ.
Выводы и перспективы для промышленности и науки
Достижения коллектива Пермского Политехнического университета подтверждают огромный потенциал интеграции цифровых технологий в самые разные сферы современного производства. Вклад Вероники Струковой, Анны Каменских и Дмитрия Пустовалова в развитие методов анализа и прогнозирования поведения фотополимеров открывает дорогу к бездефектному изготовлению медицинских и промышленных компонентов, ускоряет инновационные процессы в машиностроении и инженерии будущего. Cозданное интеллектуальное ядро для оптимизации фотополимеров обеспечит предприятиям всех отраслей прочную технологическую опору для движения вперёд.
Современная научная школа Пермского Политеха продолжает формировать новые стандарты качества, обучая молодое поколение специалистов и предоставляя промышленности эффективные инструменты для цифрового прогресса и устойчивого технологического превосходства.
Источник: scientificrussia.ru
