Российские ученые разработали устройство для создания прочных изделий из смеси древесной муки и полимера с помощью аддитивных технологий

Это устройство встраивается в 3D-принтер и может быть использовано на предприятиях деревообрабатывающей промышленности. Разработка  позволит использовать древесную муку для выпуска деталей, имитирующих древесину.

Предложенное сотрудниками Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна (СПбГУПТД)комбинированное решение позволяет изготавливать изделия сложной формы, сообщила пресс-служба вуза.

«На мебельном производстве после этапа обработки древесины образуются опилки. На данный момент предприятия их утилизируют, в том числе и от дорогостоящей древесины. Однако им можно найти применение, переработав в древесную муку», — рассказал один из авторов разработки, старший преподаватель кафедры инженерной графики и автоматизированного проектирования СПбГУПТД Николай Евдокимов.

С помощью аддитивных технологий ученые Высшей школы технологии и энергетики СПбГУПТД из древесной муки создают элементы мебели, в том числе сложной формы, по своей структуре имитирующие древесину. Метод использования 3D-печати для выпуска различных изделий из опилок уже существует. Однако распространенный сейчас метод FDМ-печати имеет существенный недостаток — крупные частицы полученной смеси регулярно забивают сопла, что делает невозможной дальнейшую печать.

Ученым Университета промышленных технологий и дизайна удалось решить эту проблему с помощью объединения технологии FDМ-печати с LDM-печатью. Последняя — не так широко распространена, однако имеет важное преимущество. Технология LDM-печати не позволяет получать такую качественную поверхность, как FDM-печать, однако в LDM-технологиях используются сопла с бóльшим диаметром, благодаря чему они не забиваются древесной мукой. В связи с этим было разработано устройство, которое совмещает в себе обе технологии.

«Наше устройство работает следующим образом. С помощью FDM-технологии мы печатаем саму форму изделия, используя для этого обычный водорастворимый пластик. Затем заполняем эту форму смесью из модифицированной эпоксидной смолы, которая выполняет роль связующего, и древесной муки с помощью LDM-печати. За счет того, что мы не накладываем нашу смесь слоями, а заливаем ее в уже отпечатанную форму, поверхность конечного изделия становится гладкой. После затвердевания мы ставим изделие в ультразвуковую ванну с водой, где растворяется пластик ранее напечатанной формы. В итоге у нас остается цельнолитая композиционная деталь с древесной мукой. Причем прочностные свойства у такой детали гораздо лучше, чем свойства детали, полученные при печати на FDМ-принтере, так как все напряжения распределяются по всей детали равномерно. Такое объединение двух технологий позволяет печатать даже изделиях сложной формы со сложными внутренними полостями», — объяснил Николай Евдокимов.

По словам ученых, постепенно добавляя в модифицированную эпоксидную смолу древесную муку, они определили тот максимум объема древесины, который допустимо смешать с полимером, чтобы поверхность конечного изделия получилась гладкой, не пористой. В результате испытаний удалось добиться в составе итогового изделия наличия от 30% до 40% древесной муки. За счет высокого содержания древесной муки изделия имитируют древесину.

Разработку внедрили на одном из заводов в Санкт-Петербурге, где импортные лопатки для передвижения готовой упаковки на конвейере были заменены более прочными лопатками, смоделированными и напечатанными из смеси древесной муки и полимера. На заводе также прошел эксперимент: наряду с лопатками, созданными по новой технологии, были установлены лопатки, созданные по FDM-технологии. Последние оказались менее прочными и во время проведения эксперимента были сильно повреждены или сломаны. Лопатки, напечатанные по совмещенной технологии, выдержали испытание.