ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ SLM 3D-ПРИНТЕРА

В статье представлена разработка и экспериментальная верификация цифрового двойника для установки селективного лазерного плавления (SLM), ориентированной на эксплуатацию в условиях ограниченного технического обеспечения. Предлагаемая конструкция включает самодельный механизм подачи и разравнивания порошка, а также телеметрический модуль, обеспечивающий сбор и анализ термических данных в реальном времени. Цифровой двойник представляет собой интегрированную модель, совмещающую термомеханический анализ, исполнение управляющего кода (G-code) и реализацию корректирующих воздействий на параметры печати. В качестве расчетной основы использовано уравнение нестационарной теплопроводности с объемным источником тепла и гауссовым распределением плотности мощности лазерного луча.
Для верификации модели проведён эксперимент с использованием пирометров и термопар, размещённых в зоне спекания. Сравнение результатов моделирования и измерений показало среднюю абсолютную ошибку менее 2,5 °C. Применение цифрового двойника обеспечило снижение остаточных напряжений на 12-15 %, что подтверждено методом рентгеновской дифракции. Разработанная система демонстрирует высокую эффективность в обеспечении предиктивного контроля качества и может быть интегрирована в контур адаптивного управления. Решение соответствует концепции Индустрии 4.0 и открывает возможности для повышения стабильности, воспроизводимости и надёжности SLM-процессов.

1. Тулегулов А.Д. Аддитивные технологии для создания металлических объектов для военной техники и вооружения / А.Д. Тулегулов, Н.К. Юрков // Вестник Академии национальной гвардии Республики Казахстан. – 2024. – № 3(53). – С. 151-157.

2. Использование информационных технологий CAD и CAE в аддитивном производстве / А.Д. Тулегулов и др. // Вестник КазУТБ – 2025. – № 27. – С. 139-147.

3. Development and characterization of UV curable epoxy/hydroxyapatite suspensions for stereolithography applied to bone tissue engineering / F. Scalera et al // Ceramics International. – 2014. – Т. 40, № 10. – P. 15455-15462.

4. A review of the additive manufacturing (3DP) of bioceramics: alumina, zirconia (PSZ) and hydroxyapatite / L. Ferrazé et al // Journal of the Australian Ceramic Society. – 2017. – Т. 53, № 1. – P. 11-20.

5. Scheithauer U. Thermoplastic 3D printing – an additive manufacturing method for producing dense ceramics / U. Scheithauer // International Journal of Applied Ceramic Technology. – 2015. – Т. 12, – № 1. – P. 26-31.

6. A novel two-step sintering for nano-hydroxyapatite scaffolds for bone tissue engineering / P. Feng et al // Scientific reports. – 2014. – Т. 4.

7. Nanocrystalline hydroxyapatite with simultaneous enhancements in hardness and toughness / J. Wang et al // Biomaterials. – 2009. – Т. 30, № 34. – P. 6565-6572.

8. Microwave-processed nanocrystalline hydroxyapatite: simultaneous enhancement of mechanical and biological properties / S. Bose et al // Acta Biomaterialia. – 2010. – Т. 6, № 9. – P. 3782-3790.

9. Fabrication of dense hydroxyapatite nanobioceramics with enhanced mechanical properties via two-step sintering process / K. Lin et al // International Journal of Applied Ceramic Technology. – 2011. – Т. 9, № 3. – P. 479-485.

10. Structure and properties of nano-hydroxyapatite scaffolds for bone tissue engineering with a selective laser sintering system / C. Shuai et al // Nanotechnology. – 2011. – Т. 22, № 28.

11. Simulation of dynamic temperature field during selective laser sintering of ceramic powder / C. Shuai et al // Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems. – 2013. – Т. 19, № 1. – P. 1-11.