|
DOI: 10.14489/hb.2026.11.pp.021-028
Нелюб В. А., Галиновский А. Л., Смирнов Д. Д., Михайлов А.А., Вовняков А. О.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОТВЕРЖДЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО И КЕРАМИЧЕСКОГО НАПОЛНИТЕЛЕЙ В ФОТОПОЛИМЕРЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ГИБРИДНОЙ АДДИТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
(с. 21-28)
Аннотация. В настоящее время в промышленности хорошо зарекомендовали себя методы получения изделий из порошков материалов методом селективного лазерного плавления (СЛП) и селективного лазерного спекания (СЛС). Применение этих технологий в целом расширяется в машиностроении. Тем не менее, эти технологии имеют свои недостатки. Так, установки для печати обладают высокой стоимостью и относительно небольшой рабочей зоной построения деталей. Существуют установки стереолитографической печати. В этой технологии печатные детали получаются с высокой детализацией, но по механическим параметрам близки к пластикам. Исходя из положительных характеристик обеих технологий в статье предлагается новый метод, получивший рабочее название ИСЛА, внедренная стереолитография. Метод заключается во внедрении порошка наполнителя в фотополимерную смолу, печати «зеленой» модели из суспензии с последующем спеканием. В данной статье исследуется этап печати – получение «зеленой» модели, а именно определение параметров формирования слоев, в частности, толщины слоя и времени засветки. Эксперименты проводились с фотополимерной смолой и наполнителями из оксида алюминия и меди. Получена логарифмическая зависимость толщины слоя детали от времени засветки. Представлены результаты пробной печати изделия, которые подтвердили жизнеспособность технологии. Делается заключение, что разработанная технология может быть применена в таких отраслях промышленности как: ракетно-космическая, нефтегазовая, беспилотная, а также в медицине.
Ключевые слова: аддитивные технологии; стереолитографическая печать; порошковый наполнитель; фотополимерная смола; отверждение.
Nelyub V. A., Galinovskiy A. L., Smirnov D. D, Mikhailov A. А., Vovniakov A. O.
EXPERIMENTAL DETERMINATION OF CURING PARAMETERS OF SUSPENSIONS OF METAL AND CERAMIC FILLERS IN A PHOTOPOLYMER FOR THE DEVELOPMENT OF HYBRID ADDITIVE TECHNOLOGY
(pp. 21-28)
Abstract. Currently, selective laser melting (SLM) and selective laser sintering (SLS) are well-established methods for producing parts from powdered materials. The use of these technologies is expanding in mechanical engineering. However, these technologies have their drawbacks. For example, printing systems are expensive and have a relatively small work area for part formation. On the other hand, stereolithography printing systems exist. This technology produces printed parts with high detail, but their mechanical properties are close to those of plastics. Based on the positive characteristics of both technologies, this article proposes a new method, tentatively titled ISLA (embedded stereolithography). The method involves embedding filler powder into a photopolymer resin, printing a “green” model from the suspension, and subsequent sintering. This paper examines the printing stage – fcreating the “green” model – by determining the layer formation parameters, specifically the layer thickness and exposure time. Experiments were conducted with a photopolymer resin and fillers made of aluminum and copper oxide. A logarithmic relationship between the layer thickness of a part and the exposure time was obtained. The results of a test print of the part are presented, confirming the viability of the technology. It is concluded that the developed technology can be applied in industries such as rocket and space, oil and gas, unmanned aerial vehicles, and medicine.
Keywords: Additive manufacturing; Stereolithographic printing; Powder filler; Photopolymer resin; Curing.
В. А. Нелюб, А. Л. Галиновский, Д. Д. Смирнов, А. А. Михайлов, А. О. Вовняко (Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
В. А. Нелюб, А. Л. Галиновский, Д. Д. Смирнов, А. А. Михайлов, А. О. Вовняко (Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
(Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. ГОСТ Р 59036–2020. Производство на основе селективного лазерного сплавления металлических порошков. Введен 2020-11-18. М.: Стандартинформ, 2020. 22 с.
2. Dispersion and Stability of SiC Ceramic Slurry for Stereolithography / Ding Guojiao, He Rujie, Zhang Keqiang, et al. // Ceramics International. Vol. 46, Is. 4. March 2020. P. 4720 – 4729. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.10.203
3. Богуш М. М. Факторы, влияющие на точность фотополимерной печати // Актуальные научные исследования: сб. статей XXVI Междунар. науч.-практ. конф., Пенза, 10 апреля 2025 года. Пенза: Наука и Просвещение, 2025. С. 70 – 73.
4. Богуш М. М., Шабалова А. Д., Сорокина К. А. Методы повышения точности фотополимерной печати // СНК-2025: матер. LXXV Междунар. студенческой науч. конф. Московского Политеха, Москва, 17 – 23 марта 2025 года. М.: Московский политехнический университет, 2025. С. 824 – 831.
5. Кузнецов П. А., Просторова А. О., Кузнецов Р. В. Технология обработки давлением порошковых материалов в жестких пресс-формах: учеб.-метод. пособие. СПб. 2022. 50 с.
6. Серова Е. К. Разработка и оптимизация технологии получения керамических изделий LCD-методом // Сборник тр. передовой инженерной школы: сб. науч. статей. Москва, 14 ноября 2024 года. Курск: ЗАО Университетская книга, 2024. С. 117 – 119.
7. Shuai Zhang, Na Sha, Zhe Zhao. Surface Modification of α-Al2O3 with Dicarboxylic Acids for the Preparation of UV-Curable Ceramic Suspensions // Journal of the European Ceramic Society. Vol. 37, Is. 4. April 2017. P. 1607 – 1616. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.12.013
8. Xiangquan Wu, Chunjie Xu, Zhongming Zhang. Preparation and Optimization of Si3N4 Ceramic Slurry for Low-Cost LCD Mask Stereolithography // Ceramics International. Vol. 47, Is. 7, Part A, 1 April 2021, P. 9400 – 9408. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.12.072
9. Murat Sarıkaya, Buğra Önler, Salih Dağlı. Mechanical and Thermal Performance of SLA – Printed Ceramic – Reinforced Lattice Structures: A Topology – Material Synergy Approach // Polymer Composites, 2025. Vol. 46. P. 15512 – 15526. DOI: 10.1002/pc.70396
10. Егоров А. С., Стрельцов В. Г., Колыванов А. Ю. Влияние времени засветки слоя на механические свойства изделия фотополимерной 3D-печати методом LCD // Молодежь. Техника. Космос: тр. XVI Общерос. молодежной науч.-техн. конф., приуроченной к 90-летию Юрия Алексеевича Гагарина, летчика-космонавта СССР, Героя Советского Союза, первого человека, отправившегося в космическое пространство. В 4-х т., Санкт-Петер¬бург, 25 – 29 марта 2024 года. СПб.: Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, 2024. С. 5 – 9.
11. Державина А. В., Бардайкина Е. А. Исследование особенностей выжигания моделей, полученных методом LCD-печати // Научные исследования и разработки в области дизайна и технологий: матер. Всерос. науч.-практ. конф. с международным участием, Кострома, 26–28 марта 2025 года. Кострома: Костромской государственный университет, 2025. С. 266 – 269.
12. ГОСТ 4960–75. Порошок медный электролитический. Введен 1977-01-01. М.: Изд-во стандартов, 1977. 12 с.
13. Ходер В. Б., Кордикова Е. И., Дьякова Г. Н. Наполненные фотополимерные композиции для 3D-печати методом стереолитографии (обзор) // Труды БГТУ: Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. 2022. № 1(253). С. 27 – 32.
14. Вовняков А. О., Смирнов Д. Д., Михайлов А. А. Программа для расчета оптимальных параметров фотополимерной печати. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2025664457, Российская Федерация, 2025.
15. Pszczółkowski B., Zaborowska M. Effect of Layer Exposure Time in SLA-LCD Printing on Surface Topography, Hardness and Chemical Structure of UV-Cured Photopolymer // Lubricants. 2025. Vol. 13, No. 9. P. 406.
16. Федулов Б. Н. Моделирование отверждения фотополимера // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2024. № 2. С. 53 – 58. DOI: 10.15593/perm.mech/2024.2.06
17. Заневская М. Ю., Мазинг М. С., Зайцева А. Ю. Исследование глубины проникновения оптического излучения на теоретических моделях неоднородных биологических сред и с использованием носимого аппаратного комплекса медицинского мониторинга. // Журнал технической физики. 2024. Т. 94, № 9. С. 1524 – 1531. DOI: 10.61011/JTF.2024.09.58673.67-24
18. Stereolithography 3D Printing of PTFE-Filled Photopolymer Composites with Enhanced THz transparency / P. Luke, J. Harry, A. V. Godden // Additive Manufacturing. Vol. 115. 5 January 2026. P. 105057. DOI: 10.1016/j.addma.2025.105057
19. Конашук А. С. Изучение электронного и атомного строения нанослоев Al2O3 при контакте с TiN и диэлектриков на основе SiO2: дис. … канд. физ.-мат. наук. СПбГУ. 2017. 144 с.
20. Ищенко А. А., Свиридова А. А. Солнцезащитные средства и неорганические УФ-фильтры и их композиции с органическими протекторами // Известия высших учебных заведений. 2006. Т. 49(12). С. 3 – 16.
1. GOST R 59036–2020: Production based on selective laser melting of metal powders. (2020). Standartinform. [in Russian language].
2. Ding, G., He, R., Zhang, K., et al. (2020). Dispersion and stability of SiC ceramic slurry for stereolithography. Ceramics International, 46(4), 4720–4729. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.10.203
3. Bogush, M. M. (2025, April 10). Factors influencing the accuracy of photopolymer printing. In Actual scientific research: Collection of articles of the XXVI International scientific practical conference (pp. 70–73). Nauka i Prosveshchenie. [in Russian language].
4. Bogush, M. M., Shabalova, A. D., & Sorokina, K. A. (2025, March 17–23). Methods for improving the accuracy of photopolymer printing. In SNK 2025: Proceedings of the LXXV International student scientific conference of Moscow Polytechnic University (pp. 824–831). Moscow Polytechnic University. [in Russian language].
5. Kuznetsov, P. A., Prostorova, A. O., & Kuznetsov, R. V. (2022). Technology of pressure processing of powder materials in rigid dies: Teaching manual. St. Petersburg. [in Russian language].
6. Serova, E. K. (2024, November 14). Development and optimization of technology for producing ceramic products by the LCD method. In Collection of works of the advanced engineering school: Collection of scientific articles (pp. 117–119). ZAO Universitetskaya kniga. [in Russian language].
7. Zhang, S., Sha, N., & Zhao, Z. (2017). Surface modification of α Al₂O₃ with dicarboxylic acids for the preparation of UV curable ceramic suspensions. Journal of the European Ceramic Society, 37(4), 1607–1616. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.12.013
8. Wu, X., Xu, C., & Zhang, Z. (2021). Preparation and optimization of Si₃N₄ ceramic slurry for low cost LCD mask stereolithography. Ceramics International, 47(7), 9400–9408.
9. Sarıkaya, M., Önler, B., & Dağlı, S. (2025). Mechanical and thermal performance of SLA-printed ceramic reinforced lattice structures: A topology–material synergy approach. Polymer Composites, 46, 15512–15526. https://doi.org/10.1002/pc.70396
10. Egorov, A. S., Streltsov, V. G., & Kolyvanov, A. Yu. (2024, March 25–29). Influence of layer exposure time on the mechanical properties of a product of photopolymer 3D printing by the LCD method. In Molodezh'. Tekhnika. Kosmos: Proceedings of the XVI All Russian youth scientific and technical conference (Vol. 4, pp. 5–9). Baltic State Technical University “VOENMEKH”. [in Russian language].
11. Derzhavina, A. V., & Bardaykina, E. A. (2025, March 26–28). Study of the features of burnout of models obtained by LCD printing. In Scientific research and development in the field of design and technology: Proceedings of the All Russian scientific practical conference with international participation (pp. 266–269). Kostroma State University. [in Russian language].
12. GOST 4960–75: Electrolytic copper powder. (1977). Standards Publishing House. [in Russian language].
13. Khoder, V. B., Kordikova, E. I., & Dyakova, G. N. (2022). Filled photopolymer compositions for 3D printing by stereolithography (review). Trudy BGTU: Ser. 2, Khimicheskie tekhnologii, biotekhnologii, geoekologiya, (1), 27–32. [in Russian language].
14. Vovnyakov, A. O., Smirnov, D. D., & Mikhailov, A. A. (2025). Program for calculating optimal parameters of photopolymer printing (Certificate of state registration of computer program No. 2025664457). Russian Federation. [in Russian language].
15. Pszczółkowski, B., & Zaborowska, M. (2025). Effect of layer exposure time in SLA LCD printing on surface topography, hardness and chemical structure of UV cured photopolymer. Lubricants, 13(9), Article 406.
16. Fedulov, B. N. (2024). Modeling of photopolymer curing. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Mekhanika, (2), 53–58. [in Russian language]. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2024.2.06
17. Zanevskaya, M. Yu., Mazing, M. S., & Zaitseva, A. Yu. (2024). Study of the depth of penetration of optical radiation on theoretical models of inhomogeneous biological media and using a wearable hardware complex for medical monitoring. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki, 94(9), 1524–1531. [in Russian language]. https://doi.org/10.61011/JTF.2024.09.58673.67-24
18. Luke, P., Harry, J., & Godden, A. V. (2026). Stereolithography 3D printing of PTFE filled photopolymer composites with enhanced THz transparency. Additive Manufacturing, 115, Article 105057. https://doi.org/10.1016/j.addma.2025.105057
19. Konashuk, A. S. (2017). Study of the electronic and atomic structure of Al₂O₃ nanolayers in contact with TiN and SiO₂ based dielectrics [Candidate’s dissertation, St. Petersburg State University]. [in Russian language].
20. Ishchenko, A. A., & Sviridova, A. A. (2006). Sunscreens and inorganic UV filters and their compositions with organic protectors. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy, 49(12), 3–16. [in Russian language].
|
Current Issue
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»