Ученые ПНИПУ представили интеллектуальную систему поддержки для 3D-печати пластиком

Аддитивные технологии, в частности послойное создание объектов из полимерных материалов, открывают новые горизонты в проектировании и производстве. Этот метод позволяет с высокой эффективностью и скоростью воспроизводить детали со сложной геометрией, формируя трехмерный объект из расплавленного пластика. Однако, несмотря на свой потенциал, технология сталкивается с существенными ограничениями. Основная проблема возникает при печати элементов, которые значительно нависают или расположены под большим углом: наносимый слой пластика провисает над пустотой, так как у него отсутствует опора на предыдущий слой. Это приводит к деформациям и ухудшению качества всего изделия. Особую сложность представляет изготовление крупногабаритных деталей, поскольку традиционные подходы с использованием временных полимерных поддержек в таких случаях часто неэффективны или экономически невыгодны.

Для решения этой технологической задачи специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) совместно с компанией ООО «Ф2 Инновации» разработали прорывной метод пространственного поддержания объектов. Их подход основан на применении «умных» подвижных механических элементов, которые встроены непосредственно в конструкцию 3D-принтера. Вместо того чтобы печатать одноразовые опоры из того же материала, что и сама деталь, инновация предлагает использовать механически управляемые модули, выполненные в виде металлических пластин и являющиеся частью аппаратной платформы принтера.

Суть метода заключается в использовании подвижных поддерживающих конструкций, которые не являются частью финального изделия и изготовлены не из полимерного материала. Эти элементы обеспечивают надежную опору для нависающих участков модели в процессе печати, при этом не создавая помех для движения экструдера. Конфигурация поддерживающих элементов является адаптивной: они могут менять свою форму за счет механизмов нахлеста, сворачивания или связи с другими узлами оборудования. Это позволяет минимизировать внутренние напряжения в материале и предотвратить деформацию еще не затвердевшего полимера. Благодаря такому решению становится возможным качественное создание крупных деталей со сложными геометрическими формами, а также производство более объемных объектов в горизонтальной ориентации, когда слои располагаются вертикально.

Игорь Безукладников, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ, советник по науке ООО «Ф2 Инновации»:
«Механические элементы интегрированы в конструкцию 3D-принтера и функционируют синхронно с экструдером. Система управления, основанная на цифровой модели, заранее определяет расположение нависающих элементов и необходимость их поддержки. Таким образом, «умные» поддержки всегда находятся в нужном месте и своевременно отодвигаются, не мешая движению экструдера. В конце печати они просто удаляются, не оставляя следов на поверхности. Такой процесс обеспечивает непрерывную и бездефектную печать».

Разработанная технология уже защищена патентом, правообладателем которого является компания ООО «Ф2 Инновации». Эффективность и надежность новшества прошли практическую апробацию на серийном оборудовании, и механизм интеллектуальных поддержек был успешно интегрирован в конструкцию серийных 3D-принтеров, выпускаемых компанией.