zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2022-88-3-35-40zldm-1616Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование фракционного состава порошков для 3D-печати на основе полиамида-12 статистическими методами размерного ранжированияStudy of the fractional composition of powders for 3D printing based on polyamide-12 using statistical methods of dimensional rankingХрипушинВ. В.KhripushinV. V.

Владимир Васильевич Хрипушин

394064, г. Воронеж, ул. Старых большевиков, д. 54-а 

Vladimir V. Khripushin

54a, ul. Starykh bol’shevikov, Voronezh, 394064

ТростянскийС. Н.TrostyanskyS. N.

Сергей Николаевич Тростянский

394064, г. Воронеж, ул. Старых большевиков, д. 54-а

Sergey N. Trostyansky

54a, ul. Starykh bol’shevikov, Voronezh, 394064

МокшинаН. Я.MokshinaN. Ya.

Надежда Яковлевна Мокшина

394064, г. Воронеж, ул. Старых большевиков, д. 54-а

Nadezhda Ya. Mokshina

54a, ul. Starykh bol’shevikov, Voronezh, 394064

hvivat@yandex.ruБаклановИ. О.BaklanovI. O.

Игорь Олегович Бакланов

394064, г. Воронеж, ул. Старых большевиков, д. 54-а

Igor O. Baklanov

54a, ul. Starykh bol’shevikov, Voronezh, 394064

ЩербаковаМ. С.ShcherbakovaM. S.

Маргарита Сергеевна Щербакова

394064, г. Воронеж, ул. Старых большевиков, д. 54-а; 394036, г. Воронеж, просп. Революции, д. 19

Margarita S. Shcherbakova

54a, ul. Starykh bol’shevikov, Voronezh, 394064; 19, pr. Revolutsii, Voronezh, 394036

Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. ГагаринаРоссияProfessor N. E. Zhukovsky and Yu. A. Gagarin Air Force AcademyRussian FederationВоенно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина; Воронежский государственный университет инженерных технологийРоссияProfessor N. E. Zhukovsky and Yu. A. Gagarin Air Force Academy; Voronezh State University of Engineering TechnologiesRussian Federation2022270320228833540Copyright © Хрипушин В.В., Тростянский С.Н., Мокшина Н.Я., Бакланов И.О., Щербакова М.С., 20222022Хрипушин В.В., Тростянский С.Н., Мокшина Н.Я., Бакланов И.О., Щербакова М.С.Khripushin V.V., Trostyansky S.N., Mokshina N.Y., Baklanov I.O., Shcherbakova M.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1616

Качество 3D-печати зависит от свойств расходных материалов, в частности, от химического состава применяемых порошков, размера частиц и их формы. Для исключения дефектов при печати рабочая смесь первичного и вторичного порошков на основе полиамида-12 должна содержать не более 30 % вторичного порошка. В работе представлены результаты исследования фракционного состава порошков методами статистического анализа. Анализировали цифровые изображения полимерных образцов, включая морфологические параметры изображений частиц. Для оценки фракционного состава частиц первичного и вторичного порошков использовали статистический метод размерного ранжирования и дифференциальный метод определения границ фракций. Установлено, что площадь частиц — наиболее чувствительный к изменению структуры порошков параметр. На основании гистограмм распределения площади частиц получены результаты статистического ранжирования эффективных радиусов частиц. По величине эффективных радиусов определены границы кондиционной фракции. С учетом оценки границ фракций проведено сравнение фракционного состава первичного и вторичного порошков, рассчитано процентное содержание мелкой, рабочей и крупной фракций. Выявлено, что содержание фракций частиц порошка с кондиционными размерами должно составлять около 64 % от общего объема порошка. Уменьшение количества первичного порошка может привести к появлению дефектов при 3D-печати. Полученные результаты могут быть использованы для увеличения степени рекуперации порошков на основе полиамида-12 в ходе 3D-печати.

The quality of 3D printing depends on the properties of consumables, in particular, on the chemical composition of the powders, the size and shape of their particles. To eliminate printing defects, the working mixture of primary and secondary powders based on polyamide-12 should contain no more than 30% of the secondary powder. We present the results of studying the fractional composition of powders by the methods of statistical analysis. Digital images of polymer samples including morphological parameters of particle images were analyzed. To assess the fractional composition of the particles of primary and secondary powders, a statistical method of dimensional ranking and a differential method for determining the boundaries of fractions were used. It is shown that the particle area is the parameter most sensitive to changes in the structure of powders. The results of statistical ranking of effective particle radii are obtained proceeding from the histograms of the particle area distribution. The boundaries of the conditioned fraction are determined by the magnitude of the effective radii. A comparison of the fractional composition of primary and secondary powders, as well as calculation of the percentage of fine, working and large fractions were carried out taking into account the assessment of the fraction boundaries. It is revealed that the content of fractions of powder particles with conditioned dimensions should be about 64% of the total volume of the powder. Reduction of the amount of primary powder can lead to defects in 3D printing. The results obtained can be used to increase the degree of recovery of polyamide-12 based powders during 3D printing.

первичный и вторичный порошки3D-печатьстатистический методфракционный составprimary and secondary powders3D printingstatistical methodfractional compositionReferencesПетрушин С. И., Сапрыкин А. А., Вальтер А. В., Сапрыкина Н. А. Технологии послойного синтеза изделий-прототипов методом селективного лазерного спекания порошков / Технология машиностроения. 2015. № 3. С. 42 – 45.Petrushin S. I., Saprykin A. A., Valter A. V., Saprykina N. A. Layerwise synthesis technology of the products prototype by selective laser powders sintering / Tekhnol. Mashinostr. 2015. N 3. P. 42 – 45 [in Russian].Давыдов В. М., Мороков А. А. Лазерная обработка конструкционного полиамида на маломощном лазере / Ученые заметки ТОГУ. 2016. Т. 7. № 4. С. 445 – 448.Davydov V. M., Morokov A. A. Laser processing of constructional polyamide low-power lasers / Uch. Zam. TGU. 2016. Vol. 7. N 4. P. 445 – 448 [in Russian].Панченко В. Я., Голубев В. С., Васильцов В. В., Галушкин М. Г., Грезев А. Н. Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок. — М.: Физматлит, 2009. — 664 с.Panchenko V. Ya., Golubev V. S., Vasiltsov V. V., Galushkin M. G., Gryazev A. N. Laser technologies of materials processing: modern problems of fundamental research and applied developments: monograph. — Moscow: Fizmatlit, 2009. — 664 p. [in Russian].Сапрыкина Н. А., Сапрыкин А. А. Понятие режимов лазерного спекания порошковых материалов / Вестник КГТУ. 2010. № 3. С. 49 – 52.Saprykina N. A., Saprykin A. A. The concept of laser sintering modes of powder materials / Vestn. KGTU. 2010. N 3. P. 49 – 52 [in Russian].Dotchev K., Yusoff W. Recycling of polyamide 12 based powders in the laser sintering process / Rapid Prototyping Journal. 2009. Vol. 15. N 3. P. 192 – 203. DOI: 10.1108/13552540910960299Dotchev K., Yusoff W. Recycling of polyamide 12 based powders in the laser sintering process / Rapid Prototyping Journal. 2009. Vol. 15. N 3. P. 192 – 203. DOI: 10.1108/13552540910960299Lipson H., Kuman M. Fabricated: The New World of 3D Printing. — Wiley, 2013. — 320 p.Lipson H., Kuman M. Fabricated: The New World of 3D Printing. — Wiley, 2013. — 320 p.Goodridge R. D., Tuck C. J., Hague R. J. M. Laser sintering of polyamides and other polymers / Prog. Mater. Sci. 2012. Vol. 57. N 2. P. 229 – 267. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2011.04.001Goodridge R. D., Tuck C. J., Hague R. J. M. Laser sintering of polyamides and other polymers / Prog. Mater. Sci. 2012. Vol. 57. N 2. P. 229 – 267. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2011.04.001Miron-Borzan C., Dudescu M., Abd Elghany K. Analysis of Mechanical Proprieties of Selective Laser Sintered Polyamide Parts Obtained on Different Equipment / Mater. Plast. 2015. Vol. 52. P. 39 – 42.Miron-Borzan C., Dudescu M., Abd Elghany K. Analysis of Mechanical Proprieties of Selective Laser Sintered Polyamide Parts Obtained on Different Equipment / Mater. Plast. 2015. Vol. 52. P. 39 – 42.Griffiths C., Howarth J., De Almeida-Rowbotham G. A design of experiments approach for the optimisation of energy and waste during the production of parts manufactured by 3D printing / J. Cleaner Prod. Publ. 2016. Vol. 139. P. 74 – 85. DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.07.182Griffiths C., Howarth J., De Almeida-Rowbotham G. A design of experiments approach for the optimisation of energy and waste during the production of parts manufactured by 3D printing / J. Cleaner Prod. Publ. 2016. Vol. 139. P. 74 – 85. DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.07.182Сапрыкина Н. А., Сапрыкин А. А., Шигаев Д. А. Исследование факторов, влияющих на качество поверхности, полученной лазерным спеканием / Обработка металлов. 2011. № 4. С. 78 – 82.Saprykina N. A., Saprykin A. A., Shigaev D. A. Investigation of factors affecting the quality of the surface obtained by laser sintering / Obrab. Met. 2011. N 4. P. 78 – 82 [in Russian].Шутилин Ю. Ф., Щербакова М. С., Хрипушин В. В., Борисова И. А. Изучение характеристик порошков полимеров для 3D-печати / Вестник ВГУИТ. 2017. Т. 79. № 4. С. 157 – 164. DOI: 10.20914/2310-1202-2017-4-157-164Shutilin Yu. F., Shcherbakova M. S., Khripushin V. V., Borisova I. A. The study of characteristics of powders of polymers for 3D printing / Vestn. VGUIT. 2017. Vol. 79. N 4. P. 157 – 164 [in Russian]. DOI: 10.20914/2310-1202-2017-4-157-164Berman B. 3D Printing: The New Industrial Revolution / Business Horizons. 2012. Vol. 55. N 2. P. 155 – 162.Berman B. 3D Printing: The New Industrial Revolution / Business Horizons. 2012. Vol. 55. N 2. P. 155 – 162.Хрипушин В. В., Мокшина Н. Я., Пахомова О. А. Оценка качества порошковых материалов для 3D-печати на основе полиамида-12 / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 5. С. 36 – 40. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-5-36-40Khripushin V. V., Mokshina N. Ya., Pakhomova O. A. A method for assessing the quality of powder materials for 3d printing based on polyamide-12 / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2018. Vol. 84. N 5. P. 36 – 40 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-5-36-40Демарко Д. Excel для профессионалов. — М.: АСТ, 2008. — 298 с.DeMarco D. Excel for professionals. — Moscow: AST, 2008. — 298 p. [in Russian].Уокенбах Д. Microsoft Excel 2010. Библия пользователя. — М.: Диалектика, 2014. — 912 с.Walkenbach D. Microsoft Excel 2010. User’s Bible. — Moscow: Dialektika, 2014. — 912 p. [in Russian].Хрипушин В. В., Мокшина Н. Я., Шутилин Ю. Ф., Щербакова М. С. Влияние 3D-печати на свойства порошков на основе полиамида-12 / Химическая технология. 2020. Т. 21. № 5. С. 205 – 209. DOI: 10.31044/1684-5811-2020-21-5-205-209Khripushin V. V., Mokshina N. Ya., Shutilin Yu. F., Shcherbakova M. S. Influence of 3D-printing on properties of powders based on polyamide-12 / Khim. Tekhnol. 2020. Vol. 21. N 5. P. 205 – 209 [in Russian]. DOI: 10.31044/1684-5811-2020-21-5-205-209Орлов А. И. Модель анализа совпадений при расчете непараметрических ранговых статистик / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 11. С. 66 – 72. DOI: 10.26896/1028-6861-2017-83-11-66-72Orlov A. I. The model of coincidence analysis in the calculation of nonparametric rank statistics / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2017. Vol. 83. N 11. P. 66 – 72 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2017-83-11-66-72Орлов А. И. Структура непараметрической статистики / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 7. С. 62 – 72.Orlov A. I. Structure of nonparametric statistics / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2015. Vol. 81. N 7. P. 62 – 72 [in Russian].Орлов А. И. Статистика нечисловых данных за сорок лет (обзор) / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 11. С. 69 – 84. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-11-69-84Orlov A. I. Statistics of nonnumeric data in forty years (review) / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2019. Vol. 85. N 11. P. 69 – 84 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-11-69-84Гнатюк В. И. Ранговый анализ в управлении техноценозом. — М.: Директ-Медиа, 2014. — 540 с.Gnatyuk V. I. Rank analysis in technocenosis management. — Moscow: Direkt-Media, 2014. — 540 p. [in Russian].Гурина Р. В., Евсеев Д. А. Ранговый анализ, или ценологический подход, в методологии прикладных исследований. — Ульяновск: УлГУ, 2018. — 287 с.Gurina R. V., Yevseev D. A. Rank analysis, or a cenological approach, in the methodology of applied research. — Ulyanovsk: UlGU, 2018. — 287 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.