КОНСТРУЮВАННЯ, 3D-ДРУК ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПЕРКОЛЯЦІЙНО-ФРАКТАЛЬНИХ КОМПОЗИТНИХ КОНСТРУКЦІЙНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Анотація

У статті представлено результати досліджень фрактально-сотових композитних конструкційних елементів, виготовлених методом адитивного 3D-друку. Основна увага приділена вивченню впливу внутрішньої фрактальної структури та рівня заповнення на механічні характеристики зразків. Дослідження спрямовані на визначення залежності між параметрами внутрішнього заповнення (Q = 10%, 30%, 50%, 100%) та такими показниками, як маса, густина, міцність і несуча здатність матеріалу. Розроблено методику моделювання, проєктування та розрахунку фрактальних структур з урахуванням вимог до експлуатаційної надійності, що дозволяє адаптувати конструкції до різних умов механічного навантаження. Створені цифрові моделі були використані для 3D-друку фізичних зразків із використанням композитного філамента на основі полімерної матриці. Проведено серію експериментальних випробувань на стиск, які показали закономірне зростання механічної ефективності зразків із підвищенням щільності внутрішнього заповнення. Максимальні показники міцності досягаються при повному заповненні, тоді як при знижених рівнях (Q = 10% і 30%) спостерігається суттєве зниження несучої здатності та зменшення опору до деформацій. Отримані результати підтверджують, що відносна несуча здатність зразків зростає зі збільшенням об’ємної густини, що є критично важливим для прогнозованого використання конструкцій у відповідальних технічних системах. Аналіз даних дозволив також виявити оптимальні співвідношення між показниками легкості, міцності та стабільності, що відкриває перспективи для подальшого вдосконалення конструктивних рішень. Зокрема, доцільним є застосування фрактально-сотових композитних матеріалів у медицині (ортопедичні імплантати, протези), у високотехнологічному машинобудуванні, в аерокосмічній та безпілотній авіації, де критично важливими є параметри масо-габаритної ефективності, а також у створенні енергоефективних, біосумісних та функціонально адаптивних інженерних систем нового покоління.