Реєстраційний номер
0826U002709, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
22-07-2026
Статус
Наказ про видачу диплома
Назва роботи
ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ЯКОСТІ ІНЖЕНЕРНИХ ВИРОБІВ, ОТРИМАНИХ FDM, МІНІМАЛЬНОЮ ПОСТОБРОБКОЮ
Здобувач
Костенко Антон Олександрович,
Керівник Саленко Олександр Федорович
Опонент Пермяков Олександр Анатолійович
Опонент Дмитрієв Дмитро Олексійович
Рецензент Тимошенко Олександр Вікторович
Рецензент Воронцов Борис Сергійович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"
Опис
Костенко А.О. Забезпечення параметрів якості інженерних виробів, отриманих FDM, мінімальною постобробкою. – Кваліфікаційна праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 13 Механічна інженерія 131 Прикладна механіка. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026.
Адитивні технології останніми роками принципово змінили парадигму інженерного проектування та конструювання, перетворивши ці процеси на системи безперервного синтезу готових тривимірних фізичних об'єктів. Серед широкого спектра технологій метод моделювання шляхом пошарового наплавлення полімерної нитки посідає провідне місце завдяки своїй економічній доступності, простоті експлуатації обладнання та широкій номенклатурі використовуваних матеріалів.
Одним із найбільш доступних, дешевих і поширених методів є процес FDM (Fused Deposition Modeling) – процес пошарового викладання розплаву філаменту.
Разом з тим, впровадження FDM-друку для виробництва відповідальних інженерних деталей гальмується рядом суттєвих недоліків. FDM-вироби не є повністю компактними та щільними. Пошарове викладання матеріалу призводить до формування вираженої анізотропії механічних властивостей: міцність деталі вздовж напрямку викладання волокон значно перевищує її міцність у напрямку осі Z. Якість і міцність з'єднання окремих ниток і шарів між собою критично залежать від температурних полів під час теплового контакту та гідродинамічних явищ екструзії розплаву. Як наслідок, надруковані деталі характеризуються значною похибкою форми, відхиленням геометричних розмірів, високою шорсткістю поверхні та наявністю маси внутрішніх і поверхневих дефектів (порожнини, деламінація, температурне викривлення, усадка).
Щоб забезпечити параметри якості, адитовані заготовки зазвичай піддають постобробленню (механічному, фізико-хімічному, термічному). Проте механічний вплив різального інструмента на шарувату та порожнисту структуру 3D-друкованого пластику кардинально відрізняється від обробки суцільних металів чи литих полімерів. Механічне оброблення може як ліквідувати поверхневі дефекти, так і спровокувати зародження нових, викликати розвиток мікротріщин у приповерхневих шарах, збільшуючи так званий «деструктивний шар» через силові та теплові навантаження.
Тому комплексне дослідження впливу механічного постоброблення на параметри якості виробів з FDM, а також розробка принципів мінімізації такого оброблення є надзвичайно актуальною науково-прикладною задачею.
Виконано ґрунтовний огляд сучасного стану адитивних технологій. Проведено порівняльний аналіз FDM з іншими методами. Показано, що незважаючи на доступність FDM, процес несе в собі ризики утворення специфічних макро- та мікродефектів, які суттєво знижують несучу здатність та довговічність деталей. Обрано найбільш важливі параметри якості: міцність на розрив, квалітет точності (ІТ9–ІТ11), шорсткість поверхні (за параметром Ra) та герметичність.
Зазначено, що нині інженерна практика покладається на механічне постоброблення для вилучення опорних і допоміжних структур та забезпечення квалітету точності окремих елементів. Однак класичні методики розрахунку припусків на механічну обробку не працюють для FDM-виробів через неоднорідність структури адитованого виробу. Постоброблення також виступає як засіб видалення поверхневих дефектів (хвиль, напливів), але одночасно може породжувати нові (внутрішні тріщини від дії мікроклина інструменту, термічні припали).
На основі виконаного аналізу сформульовано основну гіпотезу досліджень щодо впливу постоброблення на параметри якості готового виробу.
Обґрунтовано теоретико-експериментальну базу дослідження. Формування вихідних показників якості подано у вигляді складної цільової функції перетворення початкових (прогнозованих) геометричних і механічних характеристик через режими друку (швидкість обходу, товщина шару, температура екструдера) та режими обробки різанням (швидкість, глибина, подача) у вихідні.
Наведено математичну модель термомеханічної поведінки матеріалу в процесі екструзії та охолодження. Показано, що плоский напружений стан у у площині викладання OXY супроводжується температурними градієнтами, які призводять до виникнення залишкових напружень.
Для експериментальної оцінки використано методику випробувань на розтяг за стандартом ASTM D638-14. Застосовано методику контролю шорсткості та хвилястості поверхонь за допомогою профілограм, та методику дослідження газопроникності/герметичності деталей з використанням вакуумного поста ВУП-5.
У якості основного інженерного демонстратора було обрано стільниковий бак, що працює під внутрішнім тиском. Аналіз такого виробу зводиться до оцінки взаємодії кількох компонент: внутрішньої стінки, еквівалентного стільникового заповнювача та зовнішньої стінки. Фланець бака змодельовано як защемлену круглу пластину в полярних координатах, що дозволило аналітично вивести рівняння для радіальних і тангенціальних згинальних моментів.
Дата реєстрації
2026-06-22
Додано/оновлено в НРАТ
2026-06-22 / 2026-08-17
