Технічне та алгоритмічне забезпечення прогнозованих властивостей стільникового заповнювача, отриманого адитивними процесами

Автор(и)

  • Олександр Федорович Саленко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-5685-6225
  • Василь Борисович Струтинський Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-7167-0085
  • Костянтин Віталійович Аврамов Інститут енергетичних машин і систем ім. А.М. Підгорного, Україна https://orcid.org/0000-0003-4349-9473
  • Вадим Миколайович Орел Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-8775-3253
  • Дмитро Юрійович Джулій Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-8863-626X
  • Андрій Юрійович Гаврушкевич Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-9275-0711
  • Антон Олександрович Костенко ТОВ "ФРОНТЛАЙН РОБОТІКС", Україна https://orcid.org/0000-0003-3350-5323

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.329745

Ключові слова:

механічні характеристики та точність 3-Д друку, стільникові системи, дефекти адитивного виробництва, моделі надійності адитивного процесу

Анотація

Об'єктом дослідження є FDM процес 3D-друку токностінних оболонок стільникового типу. В основу розв’язку проблеми виготовлення стільникового наповнювача для сендвіч-панелі або панелі в цілому, в тому числі криволінійної, покладено розроблену модель параметрично-функціональної надійності процесу. З цією метою детально проаналізовано динаміку принтера, поведінку нежорсткої заготовки, особливостей подачі філаменту при друці. Показано, що прогнозовані механічні властивості, зокрема, [σ]x,y,z, обумовлюються умовами викладання екструданту та утворюваними адгезійними зв’язками між його елементами, як в площині викладання, так і між шарами, залежать безпосередньо від щільності викладання та від ряду динамічних і теплових явищ, що відбуваються на ділянці сполучення. Параметр щільності викладання r може слугувати фактором характеристик міцності готового виробу.

Застосування раціональних умов руху друкувальної головки, певних особливостей обходу контуру, використання підтримуючих елементів та правильне розташування деталі на робочому столі принтера дозволяє достатньо надійно відтворювати стільникові оболонкові вироби із забезпеченням максимальної міцності.

Доведено, що точність основних розмірів створених конструкцій відповідає 11…12 квалітету точності за стандартами машинобудування, що є прийнятним для широкого кола застосувань. Товщина стінок стільникових елементів визначається режимами викладання філаменту, що включає такі параметри, як швидкість екструзії, швидкість обходу контуру та прискорення, температура екструзії та крок укладання, однак не є меншою ніж 1,5 діаметра сопла екструдера. Такі геометричні параметри забезпечують достатню міцність та жорсткість виробів при їх експлуатації при мінімізації маси стільника.

Установлено, що стільникові елементи повинні видруковуватися із залученням додаткових засобів підтримки; у той же час останні не виключають виникнення певної кількості дефектів, розвиток яких не є сталим і наявність яких необхідно враховувати при прогнозуванні механічних властивостей готового виробу

Біографії авторів

Олександр Федорович Саленко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра конструювання машин

Василь Борисович Струтинський, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра конструювання машин

Костянтин Віталійович Аврамов, Інститут енергетичних машин і систем ім. А.М. Підгорного

Член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор, завідувач відділу

Відділ нелінійної механіки та математичного моделювання

Вадим Миколайович Орел, Державний університет «Житомирська політехніка»

Кандидат технічних наук

Кафедра механічної інженерії

Дмитро Юрійович Джулій, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук

Кафедра конструювання машин

Андрій Юрійович Гаврушкевич, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук

Кафедра конструювання машин

Антон Олександрович Костенко, ТОВ "ФРОНТЛАЙН РОБОТІКС"

Інженер

Посилання

  1. Castanie, B., Bouvet, C., Ginot, M. (2020). Review of composite sandwich structure in aeronautic applications. Composites Part C: Open Access, 1, 100004. https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2020.100004
  2. Ashraf, W., Ishak, M. R., M. Y. M., Z., Yidris, N., Ya’Acob, A. M. (2021). Investigation of Mechanical Properties of Honeycomb Sandwich Structure with Kenaf/glass Hybrid Composite Facesheet. Journal of Natural Fibers, 19 (13), 4923–4937. https://doi.org/10.1080/15440478.2020.1870637
  3. Gill, E., D’Amico, S., Montenbruck, O. (2007). Autonomous Formation Flying for the PRISMA Mission. Journal of Spacecraft and Rockets, 44 (3), 671–681. https://doi.org/10.2514/1.23015
  4. Bollen, P., Quiévy, N., Bailly, C., Huynen, I., Pardoen, T. (2014). Multifunctional sandwich structure for electromagnetic absorption and mechanical performances. 16th European Conference on Composite Materials (ECCM16).
  5. Tian, X., Todoroki, A., Liu, T., Wu, L., Hou, Z., Ueda, M. et al. (2022). 3D Printing of Continuous Fiber Reinforced Polymer Composites: Development, Application, and Prospective. Chinese Journal of Mechanical Engineering: Additive Manufacturing Frontiers, 1 (1), 100016. https://doi.org/10.1016/j.cjmeam.2022.100016
  6. Khaleelullah, A., Basha, Sk. J., Rangavittal, H. K. (2012). Design and Analysis of Propellant Tanks Support Structure for an Advanced Spacecraft. International Journal of Applied Research in Mechanical Engineering, 194–200. https://doi.org/10.47893/ijarme.2012.1035
  7. Wlodarczyk, P. (2001). Modelarstwo lotnicze i kosmiczne. Warszawa, 384.
  8. Chen, Y., Li, T., Jia, Z., Scarpa, F., Yao, C.-W., Wang, L. (2018). 3D printed hierarchical honeycombs with shape integrity under large compressive deformations. Materials & Design, 137, 226–234. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.10.028
  9. Uspensky, B., Derevianko, I., Avramov, K., Polishchuk, O., Salenko, A. (2022). Experimental and Numerical Study on Fatigue of Sandwich Plates with Honeycomb Core Manufactured by Fused Deposition Modelling. Applied Composite Materials, 29 (5), 2033–2061. https://doi.org/10.1007/s10443-022-10057-w
  10. Comparing properties of FDM, SLS and resin 3D-printing plastics. Available at: https://www.liqcreate.com/supportarticles/properties-fdm-sls-resin/
  11. Caulfield, B., McHugh, P. E., Lohfeld, S. (2007). Dependence of mechanical properties of polyamide components on build parameters in the SLS process. Journal of Materials Processing Technology, 182 (1-3), 477–488. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2006.09.007
  12. Popov, V. V., Fleisher, A. (2020). Hybrid additive manufacturing of steels and alloys. Manufacturing Review, 7, 6. https://doi.org/10.1051/mfreview/2020005
  13. Barnatt, C. (2016). 3D Printing. CreateSpace Independent Publishing Platform, 318.
  14. Salenko, A., Kostenko, A., Tsurkan, D., Zinchuk, A., Zagirnyak, M., Orel, V. et al. (2023). A New FDM Printer Concept for Printing Cylindrical Workpieces. Information Technology for Education, Science, and Technics, 459–483. https://doi.org/10.1007/978-3-031-35467-0_28
  15. Salenko, O., Derevianko, I., Samusenko, O., Avramov, K., Lithot, O., Rogulin, V. (2021). Creation of sealed strong structures of rocket and space equipment FDM printing methods by ULTEM ™ 9085 PEI plastic. Mechanics and Advanced Technologies, 5 (3), 282–293. https://doi.org/10.20535/2521-1943.2021.5.3.246626
  16. Salenko, A., Melnychuk, P., Lashko, E., Chencheva, O., Titarenko, O., Derevianko, I., Samusenko, A. (2020). Ensuring the functional properties of responsible structural plastic elements by means of 3-D printing. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (1 (107)), 18–28. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.211752
  17. Derevianko, I. I., Avramov, K. V., Uspenskyi, B. V., Salenko, O. F. (2024). Manufacturing Technology, Experimental and Numerical Analysis of Static Bending of Three-Layer Composite Plate with Honeycomb Structure. Journal of Mechanical Engineering, 27 (3), 25–33. https://doi.org/10.15407/pmach2024.03.025
  18. Bobyr, M. I., Kryshchuk, M. G., Salenko, O. F., Onyshchenko, E. E., Tsurkan, D. O., Kostenko, A. O. et al. (2024). Damage Development in a Cellular Axisymmetric Tank Additive-Manufactured from Plastic Filament. Part 1. Damage Development in Cellular Axisymmetric Multilayer Shells Under Critical Mechanical Loads and Quivalent Properties of Model Layers for Stress-Strain State Estimation. Strength of Materials, 56 (3), 484–499. https://doi.org/10.1007/s11223-024-00664-2
  19. Chieng, B. W., Ibrahim, N. A., Then, Y. Y., Loo, Y. Y. (2016). Mechanical, thermal, and morphology properties of poly(lactic acid) plasticized with poly(ethylene glycol) and epoxidized palm oil hybrid plasticizer. Polymer Engineering & Science, 56 (10), 1169–1174. https://doi.org/10.1002/pen.24350
  20. Matsuzaki, R., Ueda, M., Namiki, M., Jeong, T.-K., Asahara, H., Horiguchi, K. et al. (2016). Three-dimensional printing of continuous-fiber composites by in-nozzle impregnation. Scientific Reports, 6 (1). https://doi.org/10.1038/srep23058
  21. Schuldt, S. J., Jagoda, J. A., Hoisington, A. J., Delorit, J. D. (2021). A systematic review and analysis of the viability of 3D-printed construction in remote environments. Automation in Construction, 125, 103642. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2021.103642
  22. Salenko, O., Drahobetskyi, V., Symonova, A., Onishchenko, E., Kostenko, A., Tsurkan, D., Vasiukov, D. (2024). Damage Behavior of Multilayer Axisymmetric Shells Obtained by the FDM Method. Journal of Engineering Sciences, 11 (1), D27–D35. https://doi.org/10.21272/jes.2024.11(1).d4
  23. Zagirnyak, M., Salenko, O., Alnusirat, W., Golovko, L., Orel, V., Kulynych, V. (2024). Increasing the Strength of Thin-walled Products Оbtained by FDM Using the Thin Surface Films. Przeglad Elektrotechniczny, 3, 289–292. https://doi.org/10.15199/48.2024.03.52
  24. Derevianko, I., Avramov, K., Uspensky, B., Salenko, A. (2021). Experimental analysis of the mechanical characteristics of launch vehicle parts manufactured by FDM additive technologies. Technical Mechanics, 1, 92–100. https://doi.org/10.15407/itm2021.01.092
  25. Kuzmych, L. V. (2021). Mechanical impacts on the reliability of complex technical systems. Technical Sciences and Technologies, 4 (14), 28–33. https://doi.org/10.25140/2411-5363-2018-4(14)-28-33
  26. Yakovyna, V., Matseliukh, V. (2017). Ohliad i analiz modelei nadiynosti prohramnoho zabezpechennia. Visnyk Natsionalnoho universytetu "Lvivska politekhnika". Kompiuterni nauky ta informatsiyni tekhnolohiyi, 864, 130–140. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/VNULPKNIT_2017_864_19
  27. Gordeev, E. G., Galushko, A. S., Ananikov, V. P. (2018). Improvement of quality of 3D printed objects by elimination of microscopic structural defects in fused deposition modeling. PLOS ONE, 13 (6), e0198370. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0198370
  28. Wu, M., Phoha, V. V., Moon, Y. B., Belman, A. K. (2016). Detecting Malicious Defects in 3D Printing Process Using Machine Learning and Image Classification. Volume 14: Emerging Technologies; Materials: Genetics to Structures; Safety Engineering and Risk Analysis. https://doi.org/10.1115/imece2016-67641
Технічне та алгоритмічне забезпечення прогнозованих властивостей стільникового заповнювача, отриманого адитивними процесами

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-06-27

Як цитувати

Саленко, О. Ф., Струтинський, В. Б., Аврамов, К. В., Орел, В. М., Джулій, Д. Ю., Гаврушкевич, А. Ю., & Костенко, А. О. (2025). Технічне та алгоритмічне забезпечення прогнозованих властивостей стільникового заповнювача, отриманого адитивними процесами. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(1 (135), 58–80. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.329745

Номер

Том 3 № 1 (135) (2025): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Oleksandr Salenko, Vasil Strutinsky, Konstantyn Avramov, Vadym Orel, Dmytro Dzhulii, Andrii Havrushkevych, Anton Kostenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.