No abstract

One of the biggest challenges of fused deposition modeling (FDM)/fused filament fabrication (FFF) 3D-printing is maintaining consistent quality of layer-to-layer adhesion, and on the larger scale, homogeneity of material inside the whole printed object. An approach for mitigating and/or resolving those problems, based on the rapid and reliable control of the extruded material temperature during the printing process, was proposed. High frequency induction heating of the nozzle with a minimum mass (<1 g) was used. To ensure the required dynamic characteristics of heating and cooling processes in a high power (peak power > 300 W) heating system, an indirect (eddy current) temperature measurement method was proposed. It is based on dynamic analysis over various temperature-dependent parameters directly in the process of heating. To ensure better temperature measurement accuracy, a series-parallel resonant circuit containing an induction heating coil, an approach of desired signal detection, algorithms for digital signal processing and a regression model that determines the dependence of the desired signal on temperature and magnetic field strength were proposed. The testbed system designed to confirm the results of the conducted research showed the effectiveness of the proposed indirect measurement method. With an accuracy of ±3 °C, the measurement time is 20 ms in the operating temperature range from 50 to 350 °C. The designed temperature control system based on an indirect measurement method will provide high mechanical properties and consistent quality of printed objects.

No abstract

No abstract

Рассмотрены наиболее эффективные технологии аддитивного производства металлических изделий, использующие методы послойного нанесения материала. Описаны принципы работы таких технологий, как GMAW, GTAW, PAW, CMT, DMD, LBDMD, EBAM, FDM. Приведена сводная таблица ключевых характеристик данных процессов, и представлен их сравнительный анализ. Выявлены преимущества и недостатки данных методов, основные области применения и тенденции развития. Определено наиболее перспективное направление развития технологий создания металлических изделий методом послойного нанесения материала. Сделан вывод о том, что технология FDM далеко не полностью раскрыла свой потенциал из-за широкого спектра технических проблем. Рассмотрены текущие исследования, направленные на преодоление существующих технологических барьеров, препятствующих развитию FDM технологии 3D-печати. Рассмотрен круг вопросов, на которые необходимо ответить для успешного изготовления металлических изделий при помощи данной технологии. Выдвинуты гипотезы, и найдены пути решения проблем. Рассмотрены перспективы данной технологии, а также дана оценка ее полезности в производстве и для общества. Представлен начальный этап разработки научным коллективом Пермского национального исследовательского политехнического университета более мобильной и легкодоступной технологии печати металлических изделий сложной геометрической формы на основе FDM технологии 3D-печати. Описан ряд технических решений, позволяющих обойти или решить существующие проблемы и ограничения, действующие в данной области. Например, разогрев горячей части экструдера до 1000 °C за несколько десятков секунд и ранее невозможный быстрый и точный контроль температуры, позволяющий полностью контролировать процесс экструзии материала.