Аспирант физико-технического факультета Томского госуниверситета Роман Турубаев при поддержке гранта РФФИ разрабатывает модель двухфазного турбулентного закрученного течения в комбинированном аппарате порошковой технологии. Это позволит в том числе усовершенствовать способ производства материалов для 3D-принтеров, обеспечив однородность частиц сырья для печати.
Мелкодисперсные порошки с заданными размерами нашли широкое применение в 3D-печати, где всё строится по принципу наслоения. Из-за небольшого размера частиц слои можно делать очень тонкими, это позволяет напечатать объекты сложной формы. Однако разница в размере частиц может привести к тому, что слои будут получаться неоднородными и, как следствие, снизится качество готового продукта. Поэтому важно, чтобы частицы были не только мелкими, но и однородными.
Фото - tsu.ru
— Важно также, чтобы производство сырья было экологичным. Сейчас установок, обеспечивающих это, достаточно мало, и при этом вопрос разделения по размерам для них остается нерешенным. Один из таких аппаратов есть в НИИ ПММ ТГУ, но у него не очень высокая эффективность. Мы решили это исправить. Раньше можно было получить X грамм порошка заданного размера за определенное время, а с нашим вариантом получается сделать это быстрее, — рассказал Роман Турубаев.
Повысить эффективность классификации порошков решили за счет модификации лопаток ротора. Само устройство сконструировано таким образом, что частицы проходят два этапа сепарации. Сначала они запускаются снизу из трубки и за счет аэродинамической силы огибают вращающийся отбивной диск. Если частица слишком большая, то по инерции она летит прямо, ударяется о диск и падает вниз для повторного измельчения. Легкие частицы попадут в верхнюю часть, где вращающийся ротор обеспечивает второй этап сепарации.
— Проблема в том, что когда подлетают легкие частицы – они неравномерно распределяются по высоте ротора и скапливаются в верхней части камеры. Было предположение, что можно выровнять распределение частиц за счет изменения формы лопаток ротора с прямоугольной на трапецеидальную. Так ротор приобретает трапециевидную форму, за счет чего частицы равномерно распределяются, и как следствие, процесс сепарации происходит эффективней, — пояснил Роман Турубаев.
Чтобы убедиться в эффективности этой геометрии, молодой ученый провел два этапа расчетов: расчет аэродинамики (как течет газ, который поднимает частицы вверх) и расчет траектории частиц. Была написана программа, где учтены случайные колебания, которые могут быть у частицы. Затем, чтобы избежать трудозатратных экспериментов, рассчитали поведение частиц в новом роторе в условиях ламинарности.
— Минусы экспериментов в том, что на это требуются ресурсы — как человеческие, временные, так и денежные. Сейчас с ростом вычислительной мощности машин всё это можно моделировать. Пишется программа, которая численно решает дифференциальные уравнения, а в результате мы понимаем, будет ли работать та или иная задумка, — добавил Роман Турубаев.
На данном этапе отлаживается решение турбулентной задачи, где процессы максимально приближены к реальности, а по результатам исследования приняты к печати две научные статьи. Также предстоит построить кривые эффективности и оформить патент для дальнейшего внедрения технологии в производство. Как только расчеты будут завершены, новую модель можно будет использовать как для совершенствования существующих аппаратов, так и для создания устройств нового типа.
— Наше исследование позволяет получить мелкие порошки фиксированного размера экологически чистым путем. Используя их, можно изготовить качественные материалы, которые лежат в основе очень большого количества изделий. Например, в атомной, химической, фармацевтической промышленности, авиации или машиностроении. Будь то таблетка, автомобиль или ракета — необходимо иметь хорошие материалы с микрокристаллической, наноразмерной структурой, которая, в свою очередь, позволяет значительно повысить физико-механические и функциональные свойства изделий, — подытожил Роман Турубаев.
Источник: Пресс-служба ТГУ
Сервис «Комментарии» - это возможность для всех наших читателей дополнить опубликованный на сайте материал фактами или выразить свое мнение по затрагиваемой материалом теме.
Редакция Информио.ру оставляет за собой право удалить комментарий пользователя без предупреждения и объяснения причин. Однако этого, скорее всего, не произойдет, если Вы будете придерживаться следующих правил:
Претензии к качеству материалов, заголовкам, работе журналистов и СМИ в целом присылайте на адрес
Информация доступна только для зарегистрированных пользователей.
Уважаемые коллеги. Убедительная просьба быть внимательнее при оформлении заявки. На основании заполненной формы оформляется электронное свидетельство. В случае неверно указанных данных организация ответственности не несёт.