Перейти до вмісту
Наукові вісті КПІ
ISSN 2617-5509 · e‑ISSN 2663-7472 Відкритий доступ · CC BY 4.0
Т. · № 2 · 2021 сер 31, 2021 статті

МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОГО 3D-ДРУКУ

ГВ
Георгій Степанович Васильєв Відповідальний Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Ukraine Україна
ДУ
Дмитро Юрійович Ущаповський Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Ukraine Україна
ВВ
Вікторія Іванівна Воробйова Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Ukraine Україна
ОЛ
Ольга Володимирівна Лінючева Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Ukraine Україна
Опублікованосер 31, 2021
PDF
НВКПІ 2 ТОМ · 2
ТОМ · № 2 · 2021 Переглянути випуск

Анотація

Проблематика. 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.

Ключові слова

#електрохімічний 3D-принтер #електроосадження міді #вторинний розподіл густини струму #розсіювальна здатність електроліту #точність електрохімічного 3D-друку

Посилання

  1. J.-Y. Lee et al., “Fundamentals and applications of 3D printing or novel materials,” Appl. Mater. Today, vol. 7, pp. 120–133, 2017. doi: 10.1016/j.apmt.2017.02.004
  2. A. Ambrosi et al., “Helical 3D-printed metal electrodes ascustom-shaped 3D platform for electrochemical devices,” Adv. Funct. Mater., vol. 26, no. 5, pp. 698–703, 2016. doi: 10.1002/adfm.201503902
  3. Z.H. Liu et al., “Interfacial characterization of SLM parts in multi-material processing: metallurgical diffusion between 316L stainless steel and C18400 copper alloy,” Mater. Charact., vol. 94, pp. 116–125, 2014. doi: 10.1016/j.matchar.2014.05.001
  4. L. Arlene. (2019). University of texas at dallas develops micro metal 3d printing process for in-situ microstructure control [Online]. Available: https://3dprintingindustry.com/news/university-of-texas-at-dallas-develops-micro-metal-3d-printing-process-for-in-situ-microstructure-control-159008/
  5. M.S. Saleh et al. (2019). CMU array: A 3D nano-printed, customizable ultra-high-density microelectrode array platform [Online]. Available: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/742346v2
  6. M. Rafiee et al., “Multi-material 3D and 4D printing: A survey,” Adv. Sci., vol. 7, no. 12, pp. 1902307–1902324, 2020. doi: 10.1002/advs.201902307
  7. X. Chen et al., “A low cost desktop electrochemical metal 3D printer,” Adv. Mater. Technol., vol. 2, no. 10, pp. 1700148, 2017. doi: 10.1002/admt.201700148
  8. T.M. Brau and D.T. Schwartz, “The emerging role of electrodeposition in additive manufacturing,” Interface Mag., vol. 25, no. 1, pp. 69–73, 2016. doi: 10.1149/2.F07161if
  9. X. Chen et al., “Design and fabrication of a low cost desktop electrochemical 3D printer,” in Proc. 3rd Int. Conf. Progress Additive Manufacturing (Pro-AM 2018), 2018, pp. 395–400.
  10. X. Chen et al., “Electrospun composite nanofibre supercapacitors enhanced with electrochemically 3D printed current collectors,” J. Energy Storage, vol. 26, p. 100993, 2019. doi: 10.1016/j.est.2019.100993
  11. X. Chen et al., “Multi-metal 4D printing with a desktop electrochemical 3D printer,” Scientific Reports, vol. 9, no. 1, 2019. doi: 10.1038/s41598-019-40774-5
  12. S.K. Seol et al., “Electrodeposition-based 3D printing of metallic microarchitectures with controlled internal structures,” Small, vol. 11, no. 32, pp. 3896–3902, 2015. doi: 10.1002/smll.201500177
  13. S. Morsali et al., “Multi-physics simulation of metal printing at micro/nanoscale using meniscus-confined electrodeposition: Effect of environmental humidity,” J. Appl. Physics, vol. 121, no. 2, pp. 024903–024908, 2017. doi: 10.1063/1.4973622
  14. A. Behroozfar et al., “Microscale 3D printing of nanotwinned copper,” Adv. Mater., vol. 30, no. 4, pp.1705107–1705113, 2017. doi: 10.1002/adma.201705107
  15. P. Liu et al., “A low-cost electrochemical metal 3D printer based on a microfluidic system for printing mesoscale objects crystals,” vol. 10, no. 4, pp. 257–273, 2020. doi: 10.3390/cryst10040257
  16. Electrode growth next to an insulator. [Online]. Available: https://www.comsol.com/model/electrode-growth-next-to-an-insulator-10212
  17. K. Bouzek et al., “Current distribution at the electrodes in zinc electrowinning cells”, J. Electrochem. Soc., vol. 142, no. 1, pp. 64–69, 1995.
  18. L.I. Kadaner, Handbook of Electroplating. Кyiv, Ukraine: Tekhnika, 1976, 254 р.
  19. O. V. Linyucheva et al., “Development of highly productive current modes for copper electrowinning as a dense metal,” Eastern-European J. Enterprise Technol., vol. 6, no. 6(72), pp. 48–55, 2014. doi: 10.15587/1729-4061.2014.30660
  20. D.Yu. Uschapovskyi et al., “Method of controlling the morphology of cathode deposit by determining electrochemical resistance for copper electrodeposition process,” Res. Bulletin NTU KPI, no. 2, pp. 114–121, 2016. doi: 10.20535/1810-0546.2016.2.60951
  21. A.P. Abbott et al., “A comparative study of nickel electrodeposition using deep eutectic solvents and aqueous solutions,” Electrochimica Acta, vol. 176, pp. 718–726, 2015. doi: 10.1016/j.electacta.2015.07.051
  22. S. Costovici et al., “Investigation of Ni-Mo and Co-Mo alloys electrodeposition involving choline chloride based ionic liquids,” Electrochimica Acta, vol. 207, pp. 97–111, 2016. doi: 10.1016/j.electacta.2016.04.173
  23. A.P. Abbott et al., “Bright metal coatings from sustainable electrolytes: the effect of molecular additives on electrodeposition of nickel from a deep eutectic solvent,” Physical Chemistry Chemical Physics, vol. 19, no. 4, pp. 3219–3231, 2017. doi: 10.1039/c6cp08720e
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

РОЗРОБКА МЕТОДУ ФОРМАЛІЗАЦІЇ ДИНАМІЧНИХ ТЕПЛОВИХ ПОРТРЕТІВ ДЛЯ НАДІЙНОГО ВИЯВЛЕННЯ ЦІЛЕЙ

Степан Лис, Оксана Оборська

Проблематика. Автоматизовані системи спостереження з БпЛА стикаються з подвійним викликом: виявленням теплоконтрастних об'єктів у реальному часі та їх ідентифікацією в…

#тепловізійні системи #ідентифікація цілей #локалізація зони інтересу #динамічний тепловий портрет
10.20535/kpisn.2026.3.359114

МЕТОДИКА ФОРМУВАННЯ ІНФОРМАТИВНОГО ПРОСТОРУ ОЗНАК ТЕХНІЧНИХ ІНДИКАТОРІВ ФІНАНСОВИХ ПРОЦЕСІВ НА ОСНОВІ НЕЙРОМЕРЕЖЕВИХ МОДЕЛЕЙ

Роман Тертичний, Денис Чупрін, Петро Бідюк

Проблематика. Фінансові часові ряди характеризуються нелінійністю, нестаціонарністю та високим рівнем шуму, що суттєво ускладнює їх моделювання та прогнозування.…

#методика формування інформативного простору ознак #технічні індикатори #волатильність Паркінсона #нейронні мережі
10.20535/kpisn.2026.3.359610

МЕТОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЦІЛІСНОСТІ ОБРОБКИ ТА ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ У ПРОМИСЛОВИХ СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗАЦІЇ

Ярослав Корпань, Євген Федоров, Ольга Нечипоренко

Проблематика. Сучасні промислові системи контролю характеризуються високим рівнем інтеграції інформаційних і фізичних процесів та використанням розподілених…

#промислові системи автоматизації #SCADA-системи #цілісність даних #кібербезпека ICS
10.20535/kpisn.2026.3.361520

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Схожі статті

1-10 з 13

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.