Соглашение о предоставлении гранта в форме субсидии от 15.04.2020 № 075-10-2020-049
Этап: 1 (заключительный)
Сроки исполнения этапа: 15.04.2020 — 30.09.2020.
Сроки исполнения проекта: 15.04.2020 — 30.09.2020.
Тема проекта: «Подготовка сотрудничества Мюнхенского технического университета и Сколковского института науки и технологий в области аддитивного производства. Разработка предсказательной компьютерной модели процесса 3D-печати керамических изделий».
Основное назначение совместного научно-исследовательского проекта с Мюнхенским техническим университетом (МТУ) — это полномасштабное исследование физико-химических процессов происходящих при аддитивном производстве керамических изделий. Разработанные модели тесно связаны с экспериментальными исследованиями, проведёнными в условиях реальной 3D-печати, и, следовательно, могут быть использованы непосредственно для оптимизации технологии 3D-печати, снижения её стоимости и расширения возможностей для производства новых форм изделий.
Целью исследования является разработка компьютерной системы предиктивного анализа объекта исследования на основе физико-математического моделирования. Реализованный проект является важным шагом на пути создания цифрового двойника технологии производства керамических изделии методом 3D-печати.
Состав выполненных работ
За счёт средств гранта (3,7 млн. руб.) были выполнены следующие работы:
- Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей проблему, исследуемую в рамках проекта.
- Проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
- Разработка физико-математической модели процесса лазерной стереолитографии.
- Разработка программного компонента для физико-математической модели процесса лазерной стереолитографии.
- Изготовление экспериментальных образцов керамических изделий методом лазерной стереолитографии.
- Разработка программы и методик экспериментальных исследований экспериментальных образцов керамических изделий, изготовленных методом лазерной стереолитографии.
- Проведение экспериментальных исследований экспериментальных образцов керамических изделий, изготовленных методом лазерной стереолитографии.
- Численное моделирование процесса лазерной стереолитографии.
- Валидация физико-математической модели процесса лазерной стереолитографии на основе полученных экспериментальных результатов.
- Обобщение результатов проекта, проверка их соответствия требованиям ТЗ, оценка результативности исследований и эффективности результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем.
- Подготовка предложений и рекомендаций по коммерциализации результатов проекта.
За счёт средств Сколтеха (3,3 млн. руб.) были выполнены следующие работы:
- Разработка физико-математической модели процесса удаления связующего.
- Разработка программного компонента для физико-математической модели процесса удаления связующего.
- Изготовление экспериментальных образцов керамических изделий методом лазерной стереолитографии с последующим процессом удаления связующего.
- Разработка программы и методик экспериментальных исследований экспериментальных образцов керамических изделий, изготовленных методом лазерной стереолитографии с последующим процессом удаления связующего.
- Проведение экспериментальных исследований экспериментальных образцов керамических изделий, изготовленных методом лазерной стереолитографии с последующим процессом удаления связующего.
- Численное моделирование процесса удаления связующего.
- Валидация физико-математической модели процесса удаления связующего на основе полученных экспериментальных результатов.
- Разработка методики анализа и прогнозирования брака деталей в процессе печати керамических изделий.
За счёт средств МТУ (7,69430693 млн. руб.) были выполнены следующие работы:
- Разработка физико-математической модели процесса селективного лазерного плавления и спекания методом сглаженных частиц.
- Разработка программного компонента для физико-математической модели процесса селективного лазерного плавления и спекания методом сглаженных частиц.
- Численное моделирование процесса селективного лазерного плавления и спекания методом сглаженных частиц.
- Организация научно-практического семинара в Мюнхене.
Основные результаты проекта
В данном проекте были разработаны физико-математические модели процессов лазерной стереолитографии и удаления связующего, а также модель процесса селективного лазерного плавления и спекания методом сглаженных частиц. На основе предложенных моделей разработаны программные компоненты в рамках программного комплекса OpenFOAM®, а также авторского программного комплекса МТУ. Экспериментальная валидация, проведённая в рамках проекта, свидетельствуют о способности модели лазерной стереолитографии предсказывать распределение остаточных деформаций и напряжений в напечатанной детали и о способности модели удаления связующего предсказывать технологические условия возникновения механических повреждений в ней. Результаты численных расчётов на основе модели процесса селективного лазерного плавления и спекания с использованием суперкомпьютерных ресурсов подтверждает эффективность метода сглаженных частиц для детального численного моделирования. Разработанная компьютерная система предиктивного анализа позволяет прогнозировать возникновение механических дефектов при аддитивном производстве керамических изделий, определять оптимальные режимы печати, обжига и спекания, которые минимизируют как время изготовления деталей, так и вероятность брака.
В ходе проекта была подготовлена и опубликована научная статья Chugunov S., Adams N.A., Akhatov I. Evolution of SLA-Based Al2O3 Microstructure During Additive Manufacturing Process //Materials, 2020. Vol. 13, № 18. P. 3928, а также был разработан и запатентован “Способ снижения переходного контактного сопротивления в конструкциях передачи электрической энергии большой мощности” (патент № 2732367 с датой приоритета 08.06.2020).