Компьютерные технологии все больше занимают места в реальной жизни. И едва ли сейчас найдётся человек, который хотя бы раз в жизни не слышал о 3D-принтере. Сегодня можно заказать 3d печать макетов, корпусов, игрушек, прототипов различных изделий.

3D-печать уверенно развивается на глобальном уровне и предлагает возможности, с которыми традиционное производство конкурировать просто не в состоянии. Ряд преимуществ, в том числе возможности создания целиком объекта со сложными внутренними структурами и практически безотходное производство определяют будущее этой технологии.

Не смотря на то, что трехмерная печать ведет свою историю с 1951 года, когда был разработан ключевой принцип, положивший начало современной технологии, в настоящее время она является малоизученной и не теряет своей актуальности. Следует отметить, что ведущие аналитики прогнозируют перспективное будущее 3D-печати.

В мировом масштабе Россия представляет лишь 1% технологий трёхмерной печати. Можно сказать, что для нашей страны работа в этой отрасли только начинает развиваться. Главными недостатками, препятствующими развитию 3D-технологий в России, является необходимость использования дорогостоящего импортного оборудования, пока не имеющего отечественных аналогов, и отсутствие специализированных образовательных учреждений по подготовке специалистов в этой отрасли. Тем не менее, на отечественных заводах метод 3D-печати применяется при создании и отработке новых сложноконтурных деталей и конструкций, помогающий оценить функциональность и исключить возможность различных ошибок перед серийным производством.

Технология моделирования методом послойного наплавления (FDM - Fuseddepositionmodeling) – это самая распространенная и доступная технология аддитивного производства. Она предполагает создание трехмерных объектов путём нанесения последовательных слоев материала, повторяющих контуры цифровой модели. Материалом для печати служат термопластики, представленные в виде катушек нитей или прутков. Среди преимуществ данного метода следует отметить скорость и простота изготовления моделей, безопасность, экологическая чистота и не токсичность большинства материалов, создание качественных деталей с высокой детализацией сложных геометрических форм и полостей. Широкое использование потенциала трехмерной печати позволит экономить средства и время, а также повысить производительность.

Полилактид, применяемый в технологии FDM, биоразлагаемый, термопластичный, алифатический полиэфир, мономером которого является молочная кислота. Сырьем для производства служат кукуруза и сахарный тростник. Используется для производства изделий с коротким сроком службы: пищевая упаковка, одноразовая посуда, пакеты. Экологичный и биологически совместимый материал для 3D-печати. Он не токсичен, в тканях живого организма подвергается биодеструкции с образованием нетоксичных продуктов. Модели, которые изготавливают из этого вещества недолговечны, и при естественных условиях постепенно разлагаются. Tемпература печати: 160-230°С, платформы: 60-70°С.

Целью работы: изучение и оптимизация технологических свойств полилактида, устранение дефектов при 3D-печати.

Объекты и методы исследования

Методы, с помощью которых осуществлялось изучение свойств полилактида, приведены в таблице 1:

Таблица 1 – Методы исследования.

 

№	Название метода	Нормативный документ	Название документа
1	Водопоглощение	ГОСТ     4650- 2014	Пластмассы. Методы определения водопоглощения
2	Вискозиметрический метод                определения молекулярной массы

 

На начальном этапе нашей задачей было определение технологических характеристик данных материалов. Так как ПЛА является гигроскопичным материалом, набирает большое количество влаги из воздуха, его необходимо сушить перед переработкой. И в процессе хранения необходимо держать бобины материала в специальных помещениях с установками по осушению воздуха. Поэтому предварительно были определены показатели водопоглащения ПЛА, представленные на рисунке 1 и 1.1.

Из рисунков видно, что максимально ПЛА набирает влагу в течение 5 часов. Максимальное содержание – 4%, что недопустимо при переработке.

Повышение  влажности  ПЛА  способствует  резкому  увеличению  скорости  гидролитической деструкции, которая приводит к уменьшению молекулярной массы полимера, уменьшению вязкости расплава. Поэтому допустимая влажность: < 0,015 – 0,02 %.

Вискозиметрический метод –  наиболее простой и доступный метод определения молекулярной массы полимеров в широкой области значений молекулярных масс. Этот метод является косвенным и требует определения констант в уравнении, выражающем зависимость вязкости от молекулярных весов. Данный метод основан на явлении увеличения вязкости раствора полимера с увеличением его молекулярной массы.

Обработка результатов.

Определение по таблице коэффициентов К и 𝛼.

Определение молекулярной массы из соотношения:

Для системы полимер-растворитель были определены константы (по таблице): К = 5,72 ∙ 104, 𝛼= 0,72. Растворителем являлся – дихлорэтан, температура измерения составила 30°С

Таблица 2. –Результаты определения молекулярной массы ПЛА

 

Цвет	Характеристическая вязкость	Молекулярная масса
Чёрный	77,7766	375181
Жёлтый	80,8533	395951
Красный	81,22	398447
Синий	82,4	406510
Серый	80,8766	396110
Белый	82,06	404182
Зелёный	80,5933	394184
Прозрачный	80,8066	395634

Из таблицы 2. видно, что ММ полимера от цвета изменялась не значительно. На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1.Необходимость содержания ПЛА в сухих помещениях.

2.Необходимо знать природу и свойства красителя и добавок, для дальнейшей переработки материала.

В дальнейшем необходимо провести более углубленное изучение реологических характеристик и определить природу красителя.

 

Список литературы

 

1.                   Бессонова, В.А. Сложные полиэфиры: полилактид и поликапролактон [Текст] / В.А. Бессонова. // Современные научные исследования и инновации. – 2017. – 34 – 36 с.

2.                   Бондалетова Л.И. Вискозиметрический метод определения молекулярной массы [Текст] / Л.И. Бондалетова, В.М. Сутягин // Методическое пособие по выполнению лабораторных работ - Томск: Изд. ТПУ, - 2003 - 12 с

3. Слюсар, В.И. Фаббер-технологии. Новое средство трехмерного моделирования [Текст] / В.И. Слюсар. // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2003. – 60с.

4.                   Fabricated: The New World of 3D Printing Hod Lipson, Melba Kurman. ISBN. - February 2013 – Р. 203.

5.                   Goto T . 3D bioprinting of tissues and organs / T. Goto // Nature Biotechnology. – 2014. - № 32, - Р. 785.