Исследователи Казанского федерального университета первыми в мире применили 4D-рентгеновскую компьютерную томографию для изучения пористых структур в материалах, созданных методом послойного наплавления (FDM). Новый подход позволяет с высокой точностью оценивать, как ведут себя поры внутри материала при различных нагрузках, что важно для медицины и промышленности.
Команда Института математики и механики им. Н.И. Лобачевского КФУ разработала специальную систему in situ-нагружения, которая дает возможность в реальном времени отслеживать изменение формы, объема и ориентации пор при деформации. Это позволило ученым установить: на ранних стадиях нагрузки (упругой деформации) основное изменение происходит за счёт изменения объема пор, тогда как при переходе в пластическую область доминируют изменения формы и направления пор.
Особенно важным оказалось открытие роли межслойных пустот, характерных для 3D-печати: они значительно снижают модуль упругости материала на начальных этапах деформации, но «закрываются» при больших нагрузках и практически перестают влиять на поведение изделия. Эти особенности впервые удалось не только зафиксировать, но и точно учесть в численных моделях.
Разработанная оснастка для 4D-рентгеновской компьютерной томографии продемонстрировала выдающиеся результаты, обеспечив высокую точность анализа динамики пористых структур под нагрузкой. Эта инновационная система подтвердила свою надежность и эффективность, открывая новые горизонты для исследования свойств метаматериалов. Я уверен, что в продолжении разработки коллег найдут применение в медицине и промышленности, способствуя созданию более надежных и функциональных конструкций.
- Оскар Саченков, заведующий кафедрой компьютерной математики и информатики ИМиМ, старший научный сотрудник лаборатории
Как подчеркивает младший научный сотрудник Ксения Спиридонова, использование аддитивных технологий в промышленности и медицине требует глубокого понимания внутренней структуры материала. Новый уровень контроля над пористостью открывает возможности для точной настройки механических свойств изделий, например, имплантов или несущих конструкций.
По словам заведующего кафедрой компьютерной математики и информатики Оскара Саченкова, разработанная система подтвердила свою эффективность в реальных экспериментах и может стать основой для будущих исследований метаматериалов.
Работа выполнена в рамках государственного задания КФУ и открывает новые горизонты для инженерных решений, где критически важны прочность, легкость и надежность — от медицины до аэрокосмической отрасли.
Источник: Минобрнауки РФ
Фото: КФУ
