omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2025-193-30-37MVIKFZomna-126Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGИсследование прочностных свойств изделий, полученных с помощью 3D-печати, при деформации изгиба для оптимизации распределения материалаInvestigation of the strength property of 3D printed products in bending deformation to optimize material distributionhttps://orcid.org/0000-0002-2048-3180ШимохинА. В.ShimokhinA. V.

ШИМОХИН Антон Владимирович, кандидат экономических наук, доцент (Россия), доцент  кафедры технического сервиса, механики и  электротехники

AuthorID (РИНЦ): 700145

AuthorID (SCOPUS): 57203345154

ResearcherID: ACS-9917-2022

г. Омск

SHIMOKHIN Anton Vladimirovich, Candidate of Economics Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Technical Service, Mechanics and Electrical Engineering Department

AuthorID (RSCI): 700145

AuthorID (SCOPUS): 57203345154

ResearcherID: ACS-9917-2022

Omsk

Av.shimokhin@omgau.orghttps://orcid.org/0009-0004-0510-2089СорокинА. Н.SorokinA. N.

СОРОКИН Анатолий Никифорович, кандидат  технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры технического сервиса

AuthorID (РИНЦ): 714190

AuthorID (SCOPUS): 57209773219

г. Омск

SOROKIN Anatoly Nikiforovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the  Technical Service, Mechanics and Electrical Engineering Department

AuthorID (RSCI): 714190

AuthorID (SCOPUS): 57209773219

Omsk

An.sorokin@omgau.orghttps://orcid.org/0000-0002-9743-4301БолтовскийС. Н.BoltovskyS. N.

БОЛТОВСКИЙ Сергей Николаевич, старший преподаватель кафедры технического сервиса,  механики и электротехники

AuthorID (РИНЦ): 1068092

AuthorID (SCOPUS): 57203345154

ResearcherID: ACS-9917-2022

г. Омск

BOLTOVSKY Sergey Nikolaevich, Senior Lecturer of the  Technical Service, Mechanics and Electrical Engineering  Department

AuthorID (RSCI): 1068092

AuthorID (SCOPUS): 57203345154

ResearcherID: ACS-9917-2022

Omsk

sn.boltovskiy@omgau.orghttps://orcid.org/0000-0003-3546-0894КузнецоваВ. Н.KuznetsovaV. N.

КУЗНЕЦОВА Виктория Николаевна, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор  кафедры «Эксплуатация нефтегазовой и  строительной техники»

AuthorID (РИНЦ): 1068092

г. Омск

KUZNETSOVA Victoria Nikolaevna, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Operation of Oil,  Gas and Construction Equipment Department

AuthorID (RSCI): 1068092

Omsk

dissovetsibadi@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6524-4976КузнецовИ. С.KuznetsovI. S.

КУЗНЕЦОВ Илья Сергеевич, старший преподаватель кафедры «Эксплуатация нефтегазовой и строительной  техники»

AuthorID (РИНЦ): 1068092

г. Омск

KUZNETSOV Ilya Sergeevich, Senior Lecturer of the Operation of Oil, Gas and Construction Equipment Department

AuthorID (RSCI): 1068092

Omsk

ilyxa_kyznetsov@vk.comОмский государственный аграрный университет имени П. А. СтолыпинаРоссияOmsk State Agrarian UniversityRussian FederationСибирский государственный автомобильно-дорожный университетРоссияSiberian State Automobile and Highway UniversityRussian Federation202530032025013037Copyright © Шимохин А.В., Сорокин А.Н., Болтовский С.Н., Кузнецова В.Н., Кузнецов И.С., 20252025Шимохин А.В., Сорокин А.Н., Болтовский С.Н., Кузнецова В.Н., Кузнецов И.С.Shimokhin A.V., Sorokin A.N., Boltovsky S.N., Kuznetsova V.N., Kuznetsov I.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/126

В данной статье рассматривается способ оптимизации распределения материала внутри образца, полученного с помощью 3D-печати. Рассматривается несколько вариантов распределения материала, в том числе по форме балки равного сопротивления при сохранении внешнего каркаса образца в виде прямоугольного параллелепипеда с квадратным сечением. Изготовленные образцы подвергались разрушению при испытании на статический изгиб. Полученные результаты показывают уменьшение используемого материала на 30 % и сохранение прочностных свойств образцов относительно образца со 100 %-ным заполнением материалом. Приведены результаты эксперимента и отмечены вопросы для дальнейших исследований.

The article considers a method of optimal material distribution inside a 3D printed sample. Several variants of material distribution are considered, including the beam shape of equal resistance while retaining the outer frame of the specimen as a rectangular parallelepiped with a square cross-section. The manufactured samples are subjected to destruction during static bending testing. The results show the reduction of used material by 30 % and preservation of specimen strength properties with 100 % material filling. Moreover, experimental results are presented and research issues for further investigations are highlighted.

аддитивные технологиибалка равного сопротивлениятопологическая оптимизация3D-печатьиспытание на статический изгибмеханические свойстваснижение массыadditive technologiesequal resistance beamtopology optimization3D printingstatic bending testmechanical propertiesweight reductionReferencesОзеров А. Топологическая оптимизация и 3D-печать как пример взаимного развития. QIB Tehnologies. URL: https://blog.iqb.ru/topology-optimization-3d-printing/ (дата обращения: 07.07.2024).Ozerov A. Topologicheskaya optimizatsiya i 3D-pechat′ kak primer vzaimnogo razvitiya. QIB Tehnologies [Topological optimization and 3D-printing as examples of cross-development]. URL: https://blog.iqb.ru/topology-optimization-3d-printing/ (accessed: 07.07.2024). (In Russ.).Анциферов С. И., Карачевцева А. В., Сычёв Е. А., Литвишко А. А. Топологическая оптимизация элементов конструкции роботизированной ячейки // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2023. №. 11. С. 93–102. DOI: 10.34031/2071-7318-2023-8-11-93-102. EDN: FODJWS.Antsiferov S. I., Karachevtseva A. V., Sychev E. A., Litvishko A. A. Topologicheskaya optimizatsiya elementov konstruktsii robotizirovannoy yacheyki [Topological optimization of design elements of a robotic cell]. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V. G. Shukhova. Bulletin of Belgorod State Technological University Named after V. G. Shukhov. 2023. No. 11. P. 93–102. DOI: 10.34031/2071-7318-2023-8-11-93-102. EDN: FODJWS. (In Russ.).Русских Г. С., Шалыгин С. В. Алгоритм формирования внутренней структуры изделия с учетом напряженно-деформированного состояния на примере трехточечного изгиба // Омский научный вестник. Серия Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2021. Т. 5, № 1. С. 80–85. DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-1-80-85. EDN: TXWRGA.Russkikh G. S., Shalygin S. V. Algoritm formirovaniya vnutrenney struktury izdeliya s uchetom napryazhennodeformirovannogo sostoyaniya na primere trekhtochechnogo izgiba [The algorithm for generating internal structure of product considering stress-strain on example three-point bending]. Omskiy nauchnyy vestnik. Seriya Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2021. Vol. 5, no. 1. P. 80–85. DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-1-80-85. EDN: TXWRGA. (In Russ.).Кондратов С. В., Пыхтин А. А., Ларионов С. А., Сорокин А. Е. Влияние технологических режимов FDM-печати и состава используемых материалов на физико-механические характеристики FDM-моделей (обзор) // Труды ВИАМ. 2019. № 10 (82). С. 34–49. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-10-34-49. EDN: RARUXZ.Kondratov S. V., Pykhtin A. A., Larionov S. A., Sorokin A. E. Vliyaniye tekhnologicheskikh rezhimov FDM-pechati i sostava ispol′zuyemykh materialov na fiziko-mekhanicheskiye kharakteristiki FDM-modeley (obzor) [Influence of the technological FDM-modes of the press and structure of used materials on physic-mechanical characteristics of FDM-models (review)]. Trudy VIAM. Proceedings of VIAM. 2019. No. 10 (82). P. 34–49. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-10-34-49. EDN: RARUXZ. (In Russ.).Шимохин А. В., Союнов А. С., Биткина Е. Е., Янковский К. А. К вопросу о применении аддитивной технологии на предприятиях сельскохозяйственного машиностроения // Тракторы и сельхозмашины. 2022. Т. 89, № 5. С. 357–365. DOI: 10.17816/0321-4443-111103. EDN: KPBBLF.Shimokhin A. V., Soyunov A. S., Bitkina E. E., Yankovskiy K. A. K voprosu o primenenii additivnoy tekhnologii na predpriyatiyakh sel′skokhozyaystvennogo mashinostroyeniya [On applicability of additive technology at agricultural engineering enterprises]. Traktory i sel′khozmashiny. Tractors and Agricultural Machinery. 2022. Vol. 89, no. 5. P. 357–365. DOI: 10.17816/0321-4443-111103. EDN: KPBBLF. (In Russ.).Петрова Г. Н., Платонов М. М., Большаков В. А. [и др.]. Исследование комплекса характеристик базовых материалов для FDM-технологии аддитивного синтеза. Физико-механические и теплофизические свойства // Пластические массы. 2016. № 5–6. С. 53–58. EDN: WIOBNL.Petrova G. N., Platonov M. M., Bol′shakov V. A. [et al.]. Issledovaniye kompleksa kharakteristik bazovykh materialov dlya FDM-tekhnologii additivnogo sinteza. Fiziko-mekhanicheskiye i teplofizicheskiye svoystva [Research of the complex of characteristics of base materials for fdm of technology of the additive synthesis. physico-mechanical and heat-physical properties]. Plasticheskiye massy. Plasticheskie Massy. 2016. No. 5–6. P. 53–58. EDN: WIOBNL. (In Russ.).Коваленко Р. В. Современные полимерные материалы и технологии 3D-печати // Вестник Технологического университета. 2015. Т. 18, № 1. С. 263–266. EDN: TJKZCT.Kovalenko R. V. Sovremennyye polimernyye materialy i tekhnologii 3D pechati [Modern polymer materials and 3D printing technologies]. Vestnik Tekhnologicheskogo universiteta. Herald of Technological University. 2015. Vol. 18, no. 1. P. 263–266. EDN: TJKZCT. (In Russ.).Кичко А. Е. Анализ современных материалов для 3D-печати // 72-я Междунар. студ. науч. техн. конф.: материалы конф., Астрахань, 18–23 апреля 2022 года. Астрахань: Изд-во АГТУ, 2022. С. 758–760. EDN: SRYIOG.Kichko A. E. Analiz sovremennykh materialov dlya 3D-pechati [Analysis of modern 3D printing materials]. 72-ya Mezhdunar. stud. nauch. tekhn. konf. Astrakhan’, 2022. P. 758–760. EDN: SRYIOG. (In Russ.).ГОСТ 4648-2014 (ISO 178:2010). Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб. Введ. 01–03–2015. Москва: Стандартинформ, 2016. 20 с.GOST 4648-2014 (ISO 178:2010). Plastmassy. Metod ispytaniya na staticheskiy izgib [Plastics. Method of static bending test]. Moscow, 2016. 20 p. (In Russ.).Богданов В. В., Иванов Р. В. К вопросу использования балок равного сопротивления изгибу с переменным поперечным сечением // Актуальные проблемы науки и образования в условиях современных вызовов: сб. материалов XVII Междунар. науч.-практ. конф., Москва, 27 декабря 2022 года. Москва: Печатный цех, 2022. С. 228–234.Bogdanov V. V., Ivanov R. V. K voprosu ispol′zovaniya balok ravnogo soprotivleniya izgibu s peremennym poperechnym secheniyem [To the question of use of equal bending resistance beams with variable cross-sections]. Aktual’nyye problemy nauki i obrazovaniya v usloviyakh sovremennykh vyzovov. Moscow, 2022. P. 228–234. (In Russ.).Кузубов А. С., Бушуев Д. А., Паращук Е. М. Построение и валидация конечно-элементной виртуальной модели балки равного сопротивления весоизмерительной системы // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Экономика. Информатика. 2019. Т. 46, № 2. С. 274–282. DOI: 10.18413/2411-3808-2019-46-2-274-282. EDN: JPWOJO.Kuzubov A. S., Bushuev D. A., Parashchuk E. M. Postroyeniye i validatsiya konechno-elementnoy virtual’noy modeli balki ravnogo soprotivleniya vesoizmeritel’noy sistemy [Construction and validation of the finite element virtual model of the beam of equal resistance of the weight measuring system]. Nauchnyye vedomosti Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Ekonomika. Informatika. Belgorod State University. Scientific Bulletin. Series: Economics. Information Technologies. 2019. Vol. 46, no. 2. P. 274–282. DOI: 10.18413/2411-3808-2019-46-2-274-282. EDN: JPWOJO. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.