Некоторые аспекты контроля процесса фотополимеризации в аддитивных технологиях

Основная цель данного исследования заключалась в разработке технологического подхода организации автоматизированного контроля процесса производства изделий из фотополимеров. Для идентификации начала и окончания технологического процесса полной полимеризации изучаемых изделий был предложен и применялся термометрический анализ с использованием разработанного авторами автоматизированного лабораторного стенда на базе промышленной установки аддитивной полимеризации AZ3000. Для разработки алгоритма работы был использован принцип экстремального управления. Изготовление образцов размерами 25х25х3 мм производилось с применением широко используемого материла фотополимерной композиции марки ROEHM R-50. Авторами были научно обоснованы контролируемые параметры процесса фотополимеризации, а именно: температура в активной зоне и на поверхности изделия. Разработанный авторами алгоритм, реализованный в виде программного комплекса, написанного для процессора AtMega 328 на языке программирования С++ в среде AVR Studio, позволил уверенно контролировать начало и окончание процесса полной полимеризации изделия. Были изучены прочностные характеристики образцов из фотополимерных материалов. Установлено, что твердость образцов из фотополимерных материалов увеличилась с 109,12 до 117,5HL. Это позволило доказать функционирование разработанного алгоритма системы управления процессом фотополимеризации. Апробация разработанного технологического подхода и алгоритма автоматизированного контроля процесса производства изделий из фотополимеров с использованием аддитивных технологий позволяет сделать вывод о расширении возможностей получения деталей с определенными заранее прочностными характеристиками. Использование таких деталей открывает новый потенциал выбора фотополимерных материалов для изготовления изделий в различных отраслях машиностроения, включая транспорт и авиацию. 

1. Vyavahare S., Teraiya S., Panghal D., Kumar S. Fused deposition modelling: a review // Rapid Prototyping Journal. 2020. Vol. 26. Iss. 1. P. 176–201. https://doi.org/10.1108/RPJ-04-2019-0106.

2. Камаев С.В., Марков М.А., Никитин А.Н., Новиков М.М. Лазерная стереолитография: состояние и перспективы // Аддитивные технологии: настоящее и будущее: сб. докл. Междунар. науч. конф. (г. Москва, 27 мая 2015 г.). М.: НИЦ «Курчатовский институт», 2015. № 4. С. 44–48. EDN: UVKKPD.

3. Lipson H., Kurman M. Fabricated: the new world of 3D printing. John Wiley & Sons Limited, 2013. 320 р.

4. Финогеев Д.Ю., Решетникова О.П. Аддитивные технологии в современном производстве деталей точного машиностроения // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2020. № 3. С. 63–71. EDN: QHXXJP.

5. Эртесян А.Р. Обзор технологий 3D-печати в стоматологии // Медико-фармацевтический журнал «Пульс». 2020. № 3. С. 15–18. https://doi.org/10.26787/nydha-2686-6838-2020-22-10-15-18. EDN: NGOLGM.

6. Essid O., Laga H., Samir C. Automatic detection and classification of manufacturing defects in metal boxes using deep neural networks // PLoS ONE. 2018. Vol. 13. Iss. 11. P. e0203192. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0203192.

7. Strokina N., Mankki A., Eerola T., Lensu L., Käyhkö J., Kälviäinen H. Framework for developing image-based dirt particle classifiers for dry pulp sheets // Machine Vision and Applications. 2013. Vol. 24. Iss. 4. P. 869–881. https://doi.org/10.1007/s00138-013-0485-1.

8. Раевский Е.В., Цыганкова А.Л. Технология лазерного спекания металла вышла на новый уровень промышленного применения // Аддитивные технологии. 2016. № 1. С. 13–15.

9. Тагер А.А. Физико-химия полимеров / под ред. А.А. Аскадского. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Научный мир, 2007. 573 с.

10. Рихарев М.И. Цифровая аддитивная линейка // Аддитивные технологии. 2020. № 3. С. 18–26.

11. Абакумов Г.А., Менсов С.Н. Семенов A.B., Чесноков С.А. Особенности возникновения и развития надмолекулярной структуры в полимерах при фотополимеризации // Высокомолекулярные соединения. Сер. Б. 2000. Т. 42. № 7. С. 1252–1256.

12. Шурыгина М.П., Чесноков С.А., Лопатин М.А., Черкасов В.К., Абакумов Г.А. Кинетика фотовосстановления 9,10 фенантренхинона в присутствии аминов и полиметилбензолов // Известия Академии наук. Серия химическая. 2004. Т. 53. № 11. С. 2381–2385.

13. Crivello J.V., Reichmanis E. Photopolymer materials and processes for advanced technologies // Chemistry of Materials. 2014. Vol. 26. Iss. 1. P. 533–548. https://doi.org/10.1021/cm402262g.

14. Odian G. Principles of polymerization. New York: John Wiley & Sons, 2004. Ch. 3. 788 р.

15. Юдина Н.А., Манюк О.Н. Актуальные вопросы фотополимеризации и прямого композитного восстановления твердых тканей зубов // Медицинские новости. 2022. № 9. С. 54–58. EDN: UOTWSI.

16. Биллингхэм Р.Н., Ледвис А., Теддер Дж. Реакционная способность, механизмы реакций и структура в химии полимеров / пер. с англ. М.: Мир, 1977. 79 с.

17. Думчев И.С., Ларченко А.Г., Попов С.И., Филиппенко Н.Г., Лившиц А.В. Восстановление полиамидных сепараторов подшипников буксового узла подвижного состава ОАО РЖД // Молодой ученый. 2012. № 12. С. 48–51. EDN: RFYKFD.

18. Лившиц А.В., Филиппенко Н.Г., Ларченко А.Г., Филатова С.Н. Высокочастотная электротермическая обработка неметаллического вторичного сырья // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 6. С. 55–65. https://doi.org/10.7463/0614.0712029. EDN: STAQZL.

19. Delli U., Chang Shing. Automated process monitoring in 3D printing using supervised machine learning // Procedia Manufacturing. 2018. Vol. 26. P. 865–870. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.07.111.

20. Бычковский Д.Н., Неткачев А.Г. Производство литейных форм методом послойной печати // Аддитивные технологии. 2018. № 4. С. 16–20.