Моделювання процесів електрохімічного 3d-друку

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorВасильєв, Г. С.
dc.contributor.authorУщаповський, Д. Ю.
dc.contributor.authorВоробйова, В. І.
dc.contributor.authorЛінючева, О. В.
dc.date.accessioned2023-08-09T08:51:06Z
dc.date.available2023-08-09T08:51:06Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractПроблематика. 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.uk
dc.description.abstractotherПроблематика. 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 состава 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.uk
dc.description.abstractotherBackground. 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. Therefore, 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 electrolyte 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 MULTYPHYSICSfor 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.uk
dc.format.pagerangePp. 97-105uk
dc.identifier.citationМоделювання процесів електрохімічного 3d-друку / Г. С. Васильєв, Д. Ю. Ущаповський, В. І. Воробйова, О. В. Лінючева // Наукові вісті КПІ : міжнародний науково-технічний журнал. – 2021. – № 2(132). – С. 97–105. – Бібліогр.: 17 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/kpisn.2021.2.233716
dc.identifier.orcid0000-0003-4056-5551uk
dc.identifier.orcid0000-0002-2809-2774uk
dc.identifier.orcid0000-0001-7479-9140uk
dc.identifier.orcid0000-0003-4181-5946uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/59063
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.relation.ispartofНаукові вісті КПІ: міжнародний науково-технічний журнал, № 2(132)uk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectелектрохімічний 3D-принтерuk
dc.subjectелектроосадження мідіuk
dc.subjectвторинний розподіл густини струмуuk
dc.subjectрозсіювальна здатність електролітуuk
dc.subjectточність електрохімічного 3D-друкуuk
dc.subjectэлектрохимический 3D-принтерuk
dc.subjectэлектроосаждение медиuk
dc.subjectвторичное распределение плотности токаuk
dc.subjectрассеивающая способность электролитаuk
dc.subjectточность электрохимической 3D-печатиuk
dc.subjectelectrochemical 3D-printeruk
dc.subjectelectrodeposition of copperuk
dc.subjectsecondary current density distributionuk
dc.subjectscattering capacityuk
dc.subjectprinting accuracyuk
dc.subject.udc621.357.6uk
dc.titleМоделювання процесів електрохімічного 3d-друкуuk
dc.title.alternativeМоделирование процессов электрохимической 3d-печатиuk
dc.title.alternativeModelling approach in the development of electrochemical 3d-printing systemsuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
233716-549337-1-10-20210830.pdf
Розмір:
810.31 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
1.71 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Наукові вісті КПІ: міжнародний науково-технічний журнал, № 2(132)