Китайские ученые из Университета Дунхуа и канадские исследователи из Университета Британской Колумбии предложили новый способ проектирования машин для 3D-плетения. Их метод позволяет создавать текстильные композиты сложной формы — такие материалы востребованы в авиации, медицине и даже в производстве датчиков нового поколения.

3D-плетеные композиты — это материалы, где нити (например, углеродные волокна) переплетены в трех измерениях. В отличие от обычных тканей, они не расслаиваются под нагрузкой и лучше поглощают удары.

Результаты опубликованы в издании Engineering.

Обычные станки для объемного плетения не справляются с геометрически замысловатыми деталями. Авторы работы нашли решение: они разработали программируемую систему на основе метода «разрезанных окружностей». Суть в том, что круг делят на сектора, делают надрезы и комбинируют получившиеся фрагменты — так получаются шестерни особой формы, которые управляют движением нитей.

Ученые собрали экспериментальную машину типа 6-3 с 19 режущими кругами и 67 каретками на площади 1,6 м². Она запрограммирована так, чтобы сектора с разным числом надрезов вращались поочередно, избегая столкновений. На этом станке уже сплели трубы с разветвлениями — такие конструкции используются, например, в искусственных кровеносных сосудах.

Что удалось:

• Гексагональный композит показал прочность 778 МПа — это сопоставимо с традиционными материалами.
• Метод позволяет создавать детали, которые раньше приходилось собирать из нескольких частей.

Что пока не идеально:

• Система с индивидуальными моторами для каждого сектора потребляет много энергии.
• Пока не отработано управление для комбинаций из трех и более типов кругов.

Это исследование решает две практические проблемы:

1. Скорость и гибкость — программируемые станки сократят время на переналадку при смене дизайна изделий.
2. Сложные формы — например, в медицине теперь можно создавать бесшовные разветвленные имплантаты, которые лучше приживаются.

В перспективе метод пригодится для производства легких каркасов дронов или деталей электромобилей, где важен каждый грамм.

Авторы не провели сравнительный анализ себестоимости: новые станки явно дороже обычных из-за множества моторов и сложного ПО. Без экономических расчетов промышленникам будет сложно оценить целесообразность перехода на эту технологию.

Ранее мы опубликовали 10 инновационных трендов в индустрии 5.0.