Обоснование условий хранения термопластиков

технические науки

наука без границ • № 5 (22) • 2018

УДК 62-7

ОБОСНОВАНИЕ УСЛОВИЙ ХРАНЕНИЯ ТЕРМОПЛАСТИКОВ

Свиридов Алексей Сергеевич, магистрант, Краснящих Константин Александрович, кандидат технических наук, доцент, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева,

Москва, РФ

В статье рассмотрена проблема хранения филамента (нити) для 3D-печати Найден способ решения часто встречающихся проблем, примером может служить впитывание влаги и потеря свойств при последующей работе с таким материалом.

Ключевые слова: филамент; 3D-печать; силикагель; вакуумный пакет; гидролиз.

JUSTIFICATION OF STORAGE CONDITIONS OF THE THERMOPLASTIC

Sviridov Aleksei Sergeevich, the undergraduate, Krasnyashchih Konstantin Aleksandrovich, PhD (Cand. Tech. Sci.), associate professor, Russian Timiryazev State Agrarian University, Moscow, Russia

The article deals with the problem of filament (filament) storage for 3D printing. A way to solve the common problems is found, for example, the absorption of moisture and loss of properties in the subsequent work with such material.

Keywords: filament; 3D printing; silica gel; vacuum package; hydrolysis.

Для цитирования: Свиридов А. С., Краснящих К. А. Обоснование условий хранения термопластиков // Наука без границ. 2018. № 5 (22). С. 69-72.

Известно, что качество 3D-печати зависит не только от характеристик оборудования, но и от свойств применяемых термопластиков, которые могут в значительной мере изменяться в зависимости от влажности воздуха и температуры окружающей среды. В связи с этим крайне важно выдерживать заданные условия хранения и транспортировки филамента (нити).

Важнейшим показателем при хранении термопластиков является соблюдение режима влажности воздуха. Стоит отметить, что пластики как таковые воду не впитывают, но большинство термопластиков, которые используются для 3D-печати, гигроскопичны и впитывают влагу из воздуха при нарушении технологии хранения. Неправильные условия хранения ведут к возникновению дефектов печати непро-сушенным филаментом, что ведет к бра-

ку деталей и уменьшению ресурса при их эксплуатации.

Деталь после 3D-печати, изготовленная из плохо просушенного термопластика может иметь следующие дефекты: увеличенную хрупкость; разложение филамента по слоям; увеличение размеров; разрыв филамента [1, 2, 3].

Термопластики для 3D-печати можно разделить на две группы: к первой отнесем те, которые в большей степени подвержены влиянию влаги, а ко второй - зависимые в меньшей мере. Например, нейлон может начать впитывать влагу всего после 18 часов пребывания на открытом воздухе. PVA-пластик растворяется водой. PLA и ABS также впитывают влагу (PLA больше, чем ABS).

От влаги может пострадать не только филамент, но и 3D принтер: из-за раз-

наука без границ • № 5 (22) • 2018

технические науки

бухшего термопластика может произойти забивание сопла, в результате чего возникнет необходимость его замены.

Рассмотрим процесс взаимодействия термопластика и воды с химической точки зрения. Все пластмассы, включая термопластичные филаменты для 3D-печати, являются полимерами. Полимер представляет собой материал, состоящий из нескольких повторяющихся мономеров. Когда мономеры соединяются, происходит полимеризация [4]. Однако это не односторонний процесс. Полимерные цепи могут и разрушаться, или деполимеризи-роваться, различными способами. Одним из таких способов является гидролиз. Гидролиз - это процесс, при котором молекулы воды разрушают полимерную цепь. Все сложные химические вещества образуются при гидролизе полимеров. Свойства материала изменяются в процессе гидролиза (собственно, они меняются всякий раз, когда длина полимерной цепочки уменьшается или увеличивается) - происходит потеря прочности на растяжение, изменение прозрачности и т. д.

При экструзии, впитавшей воду термопластиковой нити, влага испаряется и создает пузырьки воздуха и пустоты. Это может раскрывать полимерные цепи, сокращая их и ослабляя материал.

Для решения проблемы хранения фила-мента следует предусматривать мероприятия по предотвращению увлажнения материала. Для этого, например, могут быть использованы герметичные пакеты с вла-гопоглатителем или вакуумная упаковка

[5, 6].

Герметичные пакеты с замком Zip-lock хорошо справляются с влагой при использовании помещенного внутрь влагопогла-тителя (силикагеля). При использовании PLA или ABS силикагель является хорошей защитой от влаги.

Пакетики с силикагелем могут иметь разную форму и размеры. В некоторых 70

случаях существует возможность повторного использования силикагеля после сушки. Однако это применяется редко, так как нет возможности определить насыщенность силикагеля влагой [7, 8].

Для лучшего хранения термопластиков и сохранения их физико-механических свойств хорошо показали себя упаковки силикагеля с индикатором насыщенности влагой. Силикагель в них меняет цвет от желтого или оранжевого до зеленого или синего в зависимости от влажности окружающего воздуха. Для возврата до первоначального состояния силикагель помещают в сушильную камеру на 3 часа с температурой 120 °С.

<1,0%

4'IM

35% 50% ' 60%

90%

Рис. 1. Степень насыщенности влагой

Также для хранения термопластика можно использовать вакуумные пакеты. Они предохраняют филамент от любой влаги, запахов, плесени и бактерий. Кроме того, на пакетах должно быть две застежки, а не одна - так вакуум сохраняется лучше.

Если филамент уже впитал влагу, можно перед его использованием применить технологию сушки. При этом должен соблюдаться следующий температурно-вре-менной режим: температура нагрева не

технические науки

наука без границ • № 5 (22) • 2018

должна превышать 70-80 °С; нахождение в сушильной камере 4...6 часов (в зависимости от вида термопластика) [9, 10].

Рис. 2 Вакуумный пакет

Для сушки термопластиков с более низкой температурой стеклования, такого как PLA, используют более низкие температуры и большую выдержку.

Из вышесказанного видно, что соблюдение условий хранения филамента для 3D-печати является одним из важнейших критериев качества будущих моделей, обеспечить которое можно используя разнообразную влагозащитную упаковку или технологию сушки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дорохов А. С., Скороходов Д. М. Контроль геометрических и физико-механических параметров запасных частей сельскохозяйственной техники с использованием автоматизированной измерительной установки // Труды ГОСНИТИ. 2016. Т. 122. С. 59-62.

2. Компьютерное проектирование в системе AutoCAD / А. С. Дорохов, Ю. В. Катаев, К. А. Краснящих, Г. М. Вялых. М. : Изд-во РГАУ-МСХА. 2016. 80 с.

3. Выполнение чертежей с использованием системы «Компас-3D» / А. С. Дорохов, Е. Л. Че-пурина, К. А. Краснящих, Ю. В. Катаев, Г. М. Вялых. М. : Изд-во РГАУ-МСХА. 2016. 76 с.

4. Катаев Ю. В. Безразборная очистка двигателя от нагара // Сельский механизатор. 2011. № 9. С. 34-35.

5. Малыха Е. Ф., Катаев Ю. В., Вялых Д. Г. Дилерская форма организации технического сервиса машин // Наука без границ. 2017. № 8 (13). С. 29-34.

6. Ресурсосберегающие технологии ремонта сельскохозяйственной техники : учебное пособие / И. Н. Кравченко, В. М. Корнеев, Д. И. Петровский, Ю. В. Катаев. М. : ФГБНУ «Росин-формагротех». 2018. 184 с.

7. Перспективные направления использования нанотехнологий и наноматериалов при производстве и техническом сервисе автомобильной техники / А. С. Абрамов и др. Сборник статей Международной научно-практической конференции молодых ученых, посвященная 65-летию ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА. 2016. С. 216-218.

8. Система автоматизированного контроля управления техническим состоянием машин и оборудования / И. Н. Кравченко, В. М. Корнеев, Ю. В. Катаев, Т. А. Чеха // Сельский механизатор. 2016. № 9. С. 22-23.

9. Малыха Е. Ф. Составляющие технического сервиса // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина. 2009. № 8-1. С. 65-67.

10. Дорохов А. С., Катаев Ю. В., Скороходов Д. М. Теоретическое обоснование классификации входного контроля качества машиностроительной продукции // Международный технико-экономический журнал. 2015. № 2. С. 49-54.

REFERENCES

1. Dorohov A. S., Skorohodov D. M. Kontrol' geometricheskih i fiziko-mehanicheskih parametrov zapasnyh chastei sel'skohozyaistvennoi tehniki s ispol'zovaniem avtomatizirovannoi izmeritel'noi ustanovki [Control of geometrical and physico-mechanical parameters of spare parts of agricultural machinery using an automated measuring system]. Trudy GOSNITI, 2016, vol. 122, pp. 59-62.

2. Dorohov A. S., Kataev Yu. V., Krasnyashchih K. A., Vyalyh G. M. Kompyuternoe proektirovanie v sisteme AutoCAD [Computer design in AutoCAD system]. Moscow, RGAU-MSHA, 2016, 80

наука без границ • № 5 (22) • 2018

технические науки

Р.

3. Dorohov A. S., Chepurina E. L., Krasnyashchih K. A., Kataev Yu. V., Vyalyh G. M. Vypolnenie chertezhej s ispol'zovaniem sistemy «Kompas-3D» [Execution of drawings using the Compass-3D system»]. Moscow, RGAU-MSHA, 2016, 76 p.

4. Katayev Yu. V. Bezrazbornaia ochistka dvigatelia ot nagara [Way of clearing of engines from depositadjournment]. Sel'skii mekhanizator, 2011, no. 9, pp. 34-35.

5. Malyha E. F., Kataev Yu. V., Vyalyh D. G. Dilerskaya forma organizatsii tekhnicheskogo servisa mashin [Dealer form of organization of technical service of machines]. Nauka bez granic, 2017, no. 8 (13), pp. 29-34.

6. Kravchenko I. N., Korneev V. M., Petrovskii D. I., Kataev Yu. V. Resursosberegayushchie tekhnologii remonta sel'skohozyaistvennoi tekhniki [Resource-saving technologies of agricultural machinery repair]. Moscow, Rosinformagrotekh, 2018, 184 p.

7. Abramov A. S. et al. Perspektivnye napravleniya ispol'zovaniya nanotekhnologii i nanomaterialov pri proizvodstve i tekhnicheskom servise avtomobil'noi tekhniki [Promising areas of application of nanotechnology and nanomaterials in the production and technical service of automotive equipment]. Sbornik statei Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii molodyh uchenyh, posvyashchennaya 65-letiyu FGBOU VO Penzenskaya GSKHA, 2016, pp. 216-218.

8. Kravchenko I. N., Korneev V. M., Kataev Yu. V., Cheha T. A. Sistema avtomatizirovannogo kontrolya upravleniem tehnicheskim sostoyaniem mashin i oborudovaniya [Automated management control system technical condition of vehicles and equipment]. Sel'skij mehanizator, 2016, no. 9, pp. 22-23.

9. Malyha E. F. Sostavlyayushchie tekhnicheskogo servisa [Components oftechnical service]. Vestnik Federal'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo uchrezhdeniya vysshego professional'nogo obrazovaniya Moskovskii gosudarstvennyi agroinzhenernyi universitet im. V P. Goryachkina, 2009, no. 8-1, pp. 65-67.

10. Dorokhov A. S., Katayev Yu. V., Skorokhodov D. M. Teoreticheskoe obosnovanie klassifikatsii vkhodnogo kontrolia kachestva mashinostroitel'noi produktsii [The theoretical justification of the classification of entrance quality control of machine-building production]. Mezhdunarodnyi tekhniko-ekonomicheskii zhurnal, 2015, no. 2, pp. 49-54.

Материал поступил в редакцию 13.05.2018 © Свиридов А. С., Краснящих К. А., 2018