Analysis, classification and remediation of defects in material extrusion 3D printing

Abstract

Технологии аддитивного производства (или 3D-печать) стали мощным инструментом создания разнообразных объектов, постепенно приводя к смене парадигмы процессов исследования и производства в разных отраслях. Применение аддитивных технологий в химии позволяют реализовать цифровой дизайн и изготовление реакторов сложной топологии. Однако преимущества этих технологий могут быть снижены или сведены к нулю использованием неоптимальных параметров печати или некачественных материалов, что приводит к появлению дефектов, существенно ухудшающих качество и функциональность получаемых продуктов. Отсутствие понимания процессов формирования дефектов не позволяет разработать эффективные методы их предотвращения. В данном обзоре представлен подробный анализ причин возникновения дефектов при создании изделий методом послойного наплавления термопластов — одном из наиболее распространенных методов 3D-печати. Дефекты классифицированы по нескольким ключевым характеристикам, включая размер, тип, способ возникновения и местоположение. Приводится описание каждого дефекта, основные причины его появления, влияние на свойства напечатанных изделий и способы предотвращения его формирования. Анализируется взаимосвязь процесса образования дефектов со свойствами материала, параметрами печати и динамикой нагревания/охлаждения. Приведенная классификация имеет важное практическое значение, обеспечивая основу для разработки стратегии минимизации дефектов и повышения качества 3D-печатной продукции. Настоящий обзор ориентирован на широкую аудиторию, включая исследователей, изучающих химические процессы и технологии аддитивного производства, инженеров 3D-печати, операторов 3D-принтеров и специалистов по контролю качества продукции. Показана острая необходимость разработки в ближайшем будущем передовых моделей машинного обучения и искусственного интеллекта, способных прогнозировать образование дефектов на основе заданных параметров печати и свойств материала. Целью будущих исследований также должно стать создание новых материалов и совершенствование параметров печати для достижения превосходного качества 3D-печатной продукции. В данном обзоре впервые проводится классификация дефектов, анализ причин их возникновения и, как результат, перечисляются методы их устранения в экструзионной 3D-печати.<br> Библиография — 180 ссылок.