Kolejny krok naukowców WAT ku konstrukcjom doskonałym

Intensywny rozwój przemysłu wymaga poszukiwania nowych, coraz to bardziej niestandardowych rozwiązań technologicznych. Jednym z oczekiwań wobec współczesnej inżynierii jest uzyskanie jak najbardziej wytrzymałej, sztywnej konstrukcji przy jak najniższej masie. Wyzwanie to podjęli także naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej: dr inż. Paweł Bogusz, dr inż. Arkadiusz Popławski, dr inż. Michał Stankiewicz oraz inż. Bartłomiej Kowalski.

Aby osiągnąć najlepszy efekt, zespół z Wydziału Inżynierii Mechanicznej WAT podjął badania nad materiałami komórkowymi wykonanymi metodami addytywnymi. Rozwinięcie addytywnych technologii wytwarzania pozwala na projektowanie nawet najbardziej skomplikowanych struktur przestrzennych i osiąganie coraz lepszych rezultatów. Aby wytworzyć taką strukturę, używa się najczęściej technologii druku 3D. Jest to nowoczesna technika, która w zastosowaniach profesjonalnych pozwala między innymi na szybkie i tanie prototypowanie konstrukcji. W nieco uproszczonej formie stosowana jest nawet przez użytkowników indywidualnych.

W swojej pracy naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej przedstawili możliwość wykorzystania techniki trójwymiarowego druku przyrostowego typu SLA – polegającego na fotoutwardzaniu płynnej żywicy przy użyciu wiązki lasera – do zaprojektowania i wykonania różnorodnych i unikalnych topologii z żywicy Durable Resin V2. Materiał ten ma wysoką odporność na uderzenie i zużycie, a także charakteryzuje się niskim współczynnikiem tarcia. Żywica Durable Resin V2 doskonale sprawdza się w przypadku wykonywania części narażonych na uderzenia, które są jednocześnie sztywne i elastyczne.

Zespół badał konfigurację przestrzenną materiałów kratownicowych i analizował ich efektywność. Struktury poddano próbie quasi-statycznego osiowego ściskania. Po analizie poprawności geometrycznej wydrukowanych struktur przez pomiar średnicy elementów belkowych w wybranych miejscach wyznaczono krzywe ściskania i przebieg naprężenia w minimalnym przekroju poprzecznym każdej topologii. Na podstawie zarejestrowanych podczas prób krzywych ściskania wyznaczono ich podstawowe właściwości materiałowe i energochłonne, w tym energię absorbowaną i względną energię absorbowaną. Naukowcy z WAT szczegółowo opisali i udokumentowali materiałem zdjęciowym przebiegi procesów ściskania badanych topologii oraz przeanalizowali i porównali otrzymane wyniki. Jest to pewien etap ewolucji efektywności tego typu struktur. Badania takie mają charakter porównawczy i pozwalają na dalsze udoskonalanie konfiguracji, aby jeszcze efektywniej wykorzystywać materiał.

Ogromny potencjał

Opracowane rozwiązania mogą mieć niezwykle szerokie zastosowanie, ponieważ sprawdzą się wszędzie tam, gdzie wymagane jest użycie elementów konstrukcji, które z jednej strony są wytrzymałe, a z drugiej – lekkie. Konstrukcje kratownicowe mogą spełniać rolę elementów energochłonnych, czyli pochłaniających energię uderzenia i na tym aspekcie badacze skoncentrowali się w opublikowanym artykule. To jednak nie jedyny obszar, bo wśród potencjalnych zastosowań można wymienić także przemysł lotniczy, motoryzacyjny oraz wojskowy. Wykorzystanie technik przyrostowych pozwala również na przygotowanie elementów w małych partiach, prototypowanie czy wykonanie w warunkach nieprofesjonalnych, np. domowych. Użyty materiał bardzo dobrze sprawdza się w wymienionych zastosowaniach.

Podjęty przez naukowców WAT temat jest bardzo szeroki i pozwala na eksperymentowanie z różnymi rodzajami konfiguracji przestrzennych struktur kratownicowych, a wariantów konfiguracji topologii jest nieskończenie wiele. Oznacza to dla badaczy spore wyzwania, jednak umożliwia opracowywanie coraz bardziej zaawansowanych i wydajnych konstrukcji kratownicowych przy jednoczesnym wykorzystaniu nowoczesnych technik przyrostowych.

„Podjęte przez zespół prace są bardzo wymagające. Można eksperymentować z wieloma konfiguracjami topologii. Porównanie badań tego typu wykonanych i zaprezentowanych w innych artykułach także stanowi wyzwanie, gdyż zwykle sposoby opracowania i podejście do całego zagadnienia są odmienne i trudno jednoznacznie porównać wyniki z różnych opracowań. Złożony jest również opis wytężenia elementów struktur kratownicowych i wymaga zastosowania nowoczesnych metod pomiaru odkształceń i deformacji oraz precyzyjnego wykonania pomiarów” – mówi dr inż. Paweł Bogusz z Wydziału Inżynierii Mechanicznej Wojskowej Akademii Technicznej, jeden z autorów artykułu.

Opisane przez zespół WAT zagadnienia stanowią wstęp do dalszych prac. Badania są kontynuowane pod kątem wykorzystania metod optycznych do analizy wytężenia struktur kratownicowych.

Artykuł „Experimental Research of Selected Lattice Structures Developed with 3D Printing Technology” ukazał się w czasopiśmie „Materials”. Uzyskał 140 pkt w klasyfikacji MEiN.

Cały artykuł znajduje się pod adresem: https://www.mdpi.com/1996-1944/15/1/378
Numer DOI: 10.3390/ma15010378

Fot. 1. Badania nad materiałami komórkowymi wykonanymi metodami addytywnymi

• Poprzedni artykuł
• Następny artykuł