ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 22 ТЕХНОЛОГИЯ напечатанной детали была на 36 % меньше, чем для горизонтально напечатанной, из-за направления приложения нагрузки и режима разрушения. Чтобы гарантировать стабильные и высококачественные результаты, на предприятиях по всему миру внедряются передовые производственные процессы, такие как технология послойного наплавления (FDM). По этой причине крайне важно понимать, как взаимодействуют различные компоненты и как они влияют на качество конечной формы. Анализ характера износа изделий из полимолочной кислоты находит множество применений в биомедицине, протезировании, тканевой инженерии и других отраслях. Биоматериал на основе PLA, напечатанный на 3D-принтере, был тщательно исследован на предмет возможности использования в качестве материала для эндопротезирования тазобедренного сустава путем анализа характера износа и механических свойств. Цель работы: в ходе экспериментального исследования было изучено влияние направления печати на характер износа PLA-биоматериала, полученного методом послойного наплавления (FDM), в условиях сухого трения скольжения по схеме «штифт – диск (SS 316)». Для прогнозирования производительности моделей, которые являются как эмпирическими, так и полученными экспериментальным путем, учтено влияние скорости скольжения и нагрузки. Для определения идеальных параметров использовали алгоритм реляционного анализа «серых» систем. В работе применялось оборудование для 3D-печати FDM и испытания на износ, имеющееся в распоряжении факультета машиностроения Института информационных технологий Вишвакарма (Пуна, Махараштра, Индия). Дальнейшие исследования направлены на изучение характера износа композиционных материалов для улучшения показателей скорости износа [21–27]. 3D-печать композиционного биоматериала может быть использована для разработки имплантата с более высокой устойчивостью. Методы исследования Трибометр «штифт-на-диске» – это проверенное устройство для анализа износостойкости при скольжении и характеристик износа материала. Принцип работы трибометра «штифт-надиске» заключается в том, что диск вращается с постоянной скоростью, в то время как штифт остается неподвижным при заданной нагрузке, и из-за относительного перемещения между штифтом и диском начинается износ. Для регистрации перемещения используется датчик перемещения на основе дифференциального трансформатора (LVDT) на другом конце устройства. Эта машина измеряет коэффициент трения, силу трения, скорость износа, температуру, объем износа и др. Схема трибометра «штифт-на-диске» показана на рис. 2, а, а устройство, используемое для экспериментов, – на рис. 2, б. Станок работает в диапазоне нагрузок 100…800 Н, скорость 20…2000 об/мин. Точность измерения LVDT составляет 1 ± 1 % при измерении износа в микрометрах и наименьшем значении 1 мкм. Испытание проводили в соответствии со стандартом ASTM G 99. Технология послойного наплавления (FDM) – один из популярных методов 3D-печати, в котором используются термопластичные полимеры для создания сложных 3D-структур. Метод позволяет создавать небольшие функциональные детали простым и экономичным способом. Для печати сложных объектов можно использовать широкий спектр материалов, таких как PLA, нейлон, акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС), политетрафторэтилен (ПТФЭ) и другие, с различными технологическими параметрами. В процессе печати термопластичные нити расплавляются и экструдируются через нагретую насадку, после чего в полутвердом виде наносятся на твердую подложку. Принципиальная схема технологического процесса показана на рис. 3, а. Штифты печатались на 3D-принтере Flashforge Dreamer NX из материала на основе PLA (полимолочной кислоты). На рис. 3, б показана фотография 3D-принтера, использованного для печати штифтов. Все штифты были изготовлены при плотности заполнения 100 %, температуре экструзии 220 °С, с углом растрирования 90° и толщиной слоя 0,2 мм. Согласно данным из литературы эти параметры являются оптимальными. В качестве тестовых образцов были использованы цилиндрические штифты из материала на основе PLA диаметром 8 мм и длиной 40 мм. Эти штифты были напечатаны при направлении печати 0°, 45° и 90°. PLA является
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1