物理技术系的博士生改善3D打印机材料的生产方式
04.05.2021

托木斯克国立大学物理与技术系的博士研究生罗曼·图鲁巴耶夫在俄罗斯基础研究基金会的资助下,正在开发一种混合粉末装置中的两相湍流涡流模型技术。除其他事项外,可将改进用于3D打印机的材料的生产方法,从而确保用于打印的原材料颗粒的均匀性。

具有固定尺寸的细分散粉末被广泛用于3D打印中,其中所有内容均基于分层原理。由于粒径较小,因此可以将各层做得非常薄,从而可以打印复杂形状的对象。然而,粒径的差异可能导致各层不均匀的事实,结果,成品的质量降低。因此,重要的是颗粒不仅要小而且要均匀。

Роман Турубаев

罗曼·图鲁巴耶夫说道:“原材料的生产必须环保,这一点也很重要。如今,很少有提供此功能的安装程序,与此同时,尺寸调整的问题仍未解决。该设备是在托国立应用数学和力学研究所的,但是其工作效率不是很高。我们决定修复它。以前,可以在特定时间内获得X克给定大小的粉末,但通过我们的方案,事实证明速度会更快。”

决定通过修改转子叶片来提高粉末分类的效率。设备本身的设计方式是使颗粒经过两个分离阶段。首先,它们从管的底部发射,并由于空气动力的作用,围绕旋转的切盘弯曲。如果粒子太大,则惯性会使其直线飞行,撞击磁盘并掉落以重新破碎。轻粒子将处于顶部,在此处旋转的转子提供了第二个分离步骤。

罗曼·图鲁巴耶夫解释道:问题在于,当轻粒子飞起来时,它们会沿着转子的高度不均匀地分布并聚集在腔室的上部。假定可以通过将转子叶片的形状从矩形改变为梯形来使颗粒的分布均匀。因此,转子具有梯形形状,由于颗粒呈均匀分布,因此分离过程更加有效。”

为了确信这种几何形状的有效性,这位年轻的科学家进行了两个计算阶段:空气动力学计算(气体如何流动,使颗粒向上升高)和颗粒轨迹的计算。编写了一个程序,该程序考虑了粒子可能具有的随机振荡。然后,为避免耗时的实验,在层流条件下计算了新转子中颗粒的行为。

Схема вихревой камеры

罗曼·图鲁巴耶夫补充说:“实验的缺点是它需要人力资源,时间和金钱。现在,随着机器计算能力的提高,所有这些都可以被模拟进行。现正在编写一个程序,用数值方法求解微分方程,可以通过该想法确定是否可行。”

在此阶段,正在调试一个湍流问题的解决方案,使过程尽可能接近实际,并根据研究结果,发表了两篇科学文章。还必须建立效率曲线并申请专利,以进一步将该技术引入生产。一旦完成计算,就可以使用新模型来改进现有设备并创建新类型的设备。

罗曼·图鲁巴耶夫总结道:“我们的研究使得以环保的方式能成功实现获得细粉,固定尺寸的粉末。使用它们,您可以制造高质量的材料,这些材料构成大量产品的基础。例如,在核,化学,制药,航空或机械工程行业。不管是平板电脑,汽车还是火箭,都必须使用具有微晶纳米结构的优质材料,这反过来可以显着改善产品的物理,机械和功能特性。”