Разработка метода трёхмерной печати на основе ультразвукового управления микрочастицами

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-79-20051

НазваниеРазработка метода трёхмерной печати на основе ультразвукового управления микрочастицами

Руководитель Суханов Дмитрий Яковлевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" , Томская обл

Конкурс №24 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-102 - Механика технологических процессов

Ключевые слова трёхмерная печать, аддитивные технологии, ультразвуковая левитация, голография, субволновая фокусировка

Код ГРНТИ29.37.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Предлагается разработка нового метода трёхмерной печати на основе управления ультразвуковым полем малоразмерными частицами материала. Технологии ультразвуковой левитации в воздухе с применением фазированных решёток излучателей позволяют манипулировать отдельными частицами, или группами частиц – перемещать их в пространстве и устанавливать в заданные координаты. Эксперименты подобного рода уже проводились, в частности, исследователями из Токийского (2014) и Бристольского (2015) университетов. В данном проекте предлагается развить методы ультразвукового управления микроразмерными частицами для их послойного нанесения на основу и формирования трёхмерного объекта произвольной формы. Закрепление частицы на объекте возможно различными способами, которые должны быть подробно исследованы входе проекта. Будут рассмотрены технологии инфракрасного нагревания, воздушного и жидкостного охлаждения, и другие способы. Цифровое управление фазированными решётками ультразвуковых излучателей позволит произвольно изменять распределение звукового поля и устанавливать частицы в заданные позиции. В ходе проекта предстоит исследовать влияние нагревания на конвекционные потоки, искажающие ультразвуковое поле, влияние объекта произвольной формы на распределение стоячих волн и разработать методы, учитывающие подобные факторы для компенсации искажения. Тема работы актуальна для современной индустрии быстрого протиотипирования и индивидуального производства. Ультразвуковые методы управления частицами имеют большой потенциал пространственного масштабирования и ускорения процесса трёхмерной печати. Поскольку манипуляция частицами – бесконтактна, это позволяет печатать химически агрессивными веществами или материалами, разогретыми выше температуры плавления конструкционных материалов самого устройства. Методы, разработанные для воздушной среды, могут быть в дальнейшем адаптированы для инертных газов или жидких иммерсионных сред. Новизна предлагаемого метода состоит в применении ранее не использовавшегося физического механизма формирования трёхмерного объекта на основе ультразвукового управления малоразмерными частицами.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Суханов Д.Я., Росляков С.Н. Numerical modelling of levitating particles in air IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volume 516, Number 1 (год публикации - 2019)
10.1088/1757-899X/516/1/012005

2. Суханов Д.Я., Сивков Е.К., Емельянов Ф.С. Control of ordered group of particles based on ultrasonic levitation IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volume 516, Number 1 (год публикации - 2019)
10.1088/1757-899X/516/1/012052

3. Росляков С.Н., Емельянов Ф.С., Ерзакова Н.Н., Сивков Е.К. Phased arrays of ultrasound emitters controlled by binary signals for acoustic levitation IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volume 516, Number 1 (год публикации - 2019)
10.1088/1757-899X/516/1/012033

4. Росляков С., Суханов Д.Я. Численное моделирование левитации частиц в ультразвуковом поле Издательство НГТУ, НАУКА. ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ //Сборник научных трудов в 9 ч. / под ред. Гадюкиной А.В. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2018.- Часть 2 - 282 с., С. 157-160 (год публикации - 2018)

5. Д.Я. Суханов, С.Н. Росляков, Ф.С. Емельянов Левитация и управление упорядоченной группой частиц и прямолинейных структур в ультразвуковом поле Акустический журнал, том 66, No 2 (год публикации - 2020)
10.31857/S0320791920020112

6. Д.Я. Суханов, Ф.С. Емельянов Объёмная акустическая левитация частиц в поле фазированных решёток ультразвуковых излучателей Известия Высших Учебных Заведений. Физика, Том: 63,No: 2 (746), 2020, С. 68-72 (год публикации - 2020)
10.17223/00213411/63/2/68

7. Д.Я. Суханов, С.Н. Росляков, Ф.С. Емельянов Layer-by-layer application of particles using acoustic levitation Journal of Physics: Conference Series, 1499 (2020) 012024 (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1499/1/012024

8. Д.Я. Суханов, А.Е. Кузовова Numerical simulation of wave processes in solid and gaseous media based on the particle dynamics Journal of Physics: Conference Series, 1499 (2020) 012050 (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1499/1/012050

9. Д.Я. Суханов, С.Н. Росляков Particles levitation in air using wideband ultrasonic waves Anglo-French Physical Acoustics 2020 15–17 January 2020 Selsdon Park Hotel, Surrey, UK (год публикации - 2020)

10. Суханов Д.Я., С.Н. Росляков Particle levitation and control in midair using wideband ultrasonic waves Applied Acoustics, 178(2021)108004 (год публикации - 2021)
10.1016/j.apacoust.2021.108004

11. Суханов Д.Я. Завьялова К.В., Ерзакова Н.Н. Synthesis Of Ultrasound Field Sources Based on Phase Screen Approximation MATEC Web Conf., MATEC Web of Conferences 155, 01011 (2018) (год публикации - 2018)
10.1051/matecconf/201815501011

12. Суханов Д.Я., Минин И.В., Минин О.В., Кузьменко И.Ю., Муксунов Т.Р., Сивков Е.К., Емельянов Ф.С. Control of Levitating Particle in Ultrasound Field MATEC Web of Conferences, MATEC Web of Conferences 155, 01017 (2018) (год публикации - 2018)
10.1051/matecconf/201815501017

Публикации