МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ 3D-ПЕЧАТИ

Jazyk: ukrajinština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: KPI Science News; No. 2 (2021)
Научные вести КПИ; № 2 (2021)
Наукові вісті КПІ; № 2 (2021)
ISSN: 2617-5509
2663-7472
Popis: Background. New 3D-printing technologies are becoming more and more advanced and widespread in the twenty-first century. One of the types of 3D-printing is electrochemical 3D-printing, in which electrochemical deposition of metals is used to form metal products. Potentially, this method of 3D-printing is the most energy efficient, the least material-intensive, and also the easiest to implement. There- fore, research aimed at creating and improving systems for electrochemical 3D-printing is promising. Objective. The aim of the paper is to study the influence of geometric parameters of the system and the composition of the elec trolyte on the current distribution on the surface of the working electrode (cathode) in the process of electrochemical 3D-printing, and therefore print accuracy. Methods. Volt-amperometric measurements and multi-physical computer modelling of the secondary distribution of current density using COMSOL MULTYPHYSICS for different geometric parameters of the working part of the 3D-printer and different composition of electrolytes. Results. Based on the simulation of the secondary distribution of current density in copper sulphate electrolyte, it was found that the content of sulfuric acid in the solution should be minimal in order to purposefully deposit metal in the area directly under the working electrode. Based on the condition of maximum energy efficiency and accuracy of electrochemical 3D-printing, the optimal ratio between the deposition surface (cathode) and the edge of the non-conductive body of working electrode was found. Conclusions. It was established that in order to narrow the zone of current scattering (increase the accuracy of electrochemical 3D-printing) it is necessary to ensure the optimal ratio between the diameter of the capillary and the edge of the non-conductive body of the counter electrode. It was shown that this ratio should not be less than 5 [mm / mm]. Further applied research will be aimed at adaptation and practical implementation of the obtained model data, optimization of the electrolyte composition and design of the 3D-printer.
Проблематика. В XXI веке все более развитыми и распостраненными становятся новые технологии 3D-печати. Одним из их видов является электрохимическая 3D-печать, в которой для формирования изделий из металла используют электрохимическое осаждение металлов. Потенциально этот способ 3D-печати является наиболее энергоэффективным, наименее материалозатратным, а также простым в реализации, поэтому перспективными являются исследования, цель которых создание и усовершенствование систем электрохимической 3D-печати. Цель исследования. Изучить влияние геометрических параметров рабочей части электрохимического 3D-принтера и со- става электролита на распределение тока по поверхности рабочего электрода (катода) в процессе электрохимической 3D-печати, и, следовательно, точность печати. Методика реализации. Вольт-амперометрические измерения и мультифизическое компьютерное моделирование в среде COMSOL MULTYPHYSICS вторичного распределения плотности тока для разных значений геометрических параметров рабочей части электрохимического 3D-принтера и различного состава электролитов. Результаты исследования. На основе моделирования вторичного распределения плотности тока в сульфатном электролите меднения установлено: с целью осаждения металла под рабочим анодом и повышения точности печати содержание серной кислоты в растворе должно быть минимальным. Найдено оптимальное соотношение между диаметром анода и расстоянием между краем непроводящего корпуса анода и поверхностью катода, при котором можно достичь максимальной энергоэффективности и точности электрохимической 3D-печати. Выводы. Для сужения зоны растекания тока (повышения точности электрохимической 3D-печати) соотношение диаметра анода и расстояния между краем непроводящего корпуса анода и поверхностью катода должно быть не менее 5 мм/мм. Дальнейшие исследования будут направлены на оптимизацию состава электролита и конструкции 3D-принтера с учетом полученных данных.
Проблематика. У XXI столітті дедалі більшого розвитку та поширення набувають технології 3D-друку. Одним з їх видів є електрохімічний 3D-друк, в якому для формування виробів з металу використовують електрохімічне осадження металів. Потенційно цей спосіб 3D-друку є найбільш енергоефективним, найменш матеріаловитратним, а також простим у реалізації, тому перспективними є дослідження, метою яких є створення й удосконалення систем електрохімічного 3D-друку. Мета дослідження. Вивчити вплив геометричних параметрів робочої частини електрохімічного 3D-принтера та складу електроліту на розподіл струму поверхнею робочого електрода (катода) в процесі електрохімічного 3D-друку та, відповідно, точність друку. Методика реалізації. Вольтамперометричні вимірювання та мультифізичне комп’ютерне моделювання в середовищі COMSOL MULTYPHYSICS вторинного розподілу густини струму для різних значень геометричних параметрів робочої частини електрохімічного 3D-принтера та різного складу електролітів. Результати дослідження. На основі моделювання вторинного розподілу густини струму в сульфатному електроліті міднення встановлено: задля осадження металу під робочим анодом і підвищення точності друку вміст сульфатної кислоти в розчині має бути мінімальним. Знайдено оптимальне співвідношення між діаметром анода та відстанню між краєм непровідного корпусу анода й поверхнею катода, за якого можна досягнути максимальної енергоефективності та точності електрохімічного 3D-друку. Висновки. Для звуження зони розтікання струму (підвищення точності електрохімічного 3D-друку) відношення діаметра анода та відстані між краєм непровідного корпусу анода й поверхнею катода має бути не меншим за 5 мм/мм. Подальші дослідження будуть спрямовані на оптимізацію складу електроліту та конструкції 3D-принтера з урахуванням отриманих даних.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: