Исследование фракционного состава порошков для 3D-печати на основе полиамида-12 статистическими методами размерного ранжирования

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.

1. Петрушин 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.

2. Давыдов В. М., Мороков А. А. Лазерная обработка конструкционного полиамида на маломощном лазере / Ученые заметки ТОГУ. 2016. Т. 7. № 4. С. 445 – 448.

3. 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.

4. Сапрыкина Н. А., Сапрыкин А. А. Понятие режимов лазерного спекания порошковых материалов / Вестник КГТУ. 2010. № 3. С. 49 – 52.

5. 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: 10.1108/13552540910960299

6. Lipson H., Kuman M. Fabricated: The New World of 3D Printing. — Wiley, 2013. — 320 p.

7. 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.2011.04.001

8. 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.

9. 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.2016.07.182

10. Сапрыкина Н. А., Сапрыкин А. А., Шигаев Д. А. Исследование факторов, влияющих на качество поверхности, полученной лазерным спеканием / Обработка металлов. 2011. № 4. С. 78 – 82.

11. 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: 10.20914/2310-1202-2017-4-157-164

12. Berman B. 3D Printing: The New Industrial Revolution / Business Horizons. 2012. Vol. 55. N 2. P. 155 – 162.

13. 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: 10.26896/1028-6861-2018-84-5-36-40

14. Демарко Д. Excel для профессионалов. — М.: АСТ, 2008. — 298 с.

15. Уокенбах Д. Microsoft Excel 2010. Библия пользователя. — М.: Диалектика, 2014. — 912 с.

16. 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: 10.31044/1684-5811-2020-21-5-205-209

17. Орлов А. И. Модель анализа совпадений при расчете непараметрических ранговых статистик / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 11. С. 66 – 72. DOI: 10.26896/1028-6861-2017-83-11-66-72

18. Орлов А. И. Структура непараметрической статистики / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 7. С. 62 – 72.

19. Орлов А. И. Статистика нечисловых данных за сорок лет (обзор) / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 11. С. 69 – 84. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-11-69-84

20. Гнатюк В. И. Ранговый анализ в управлении техноценозом. — М.: Директ-Медиа, 2014. — 540 с.

21. Гурина Р. В., Евсеев Д. А. Ранговый анализ, или ценологический подход, в методологии прикладных исследований. — Ульяновск: УлГУ, 2018. — 287 с.