В одной из прошлых публикаций мы писали о том, как российские ученые разрабатывают 3D-принтер и суперконструкционные материалы для изготовления сверхпрочных роботов. Мы решили побольше узнать о перспективном исследовании и обратились непосредственно к ученым, занимающихся данным проектом. На наши вопросы согласилась ответить Светлана Хаширова, доктор химических наук, заведующая кафедрой органической химии и высокомолекулярных соединений Кабардино-Балкарского государственного университета.
3Dpulse.ru: Добрый день, Светлана Юрьевна. Расскажите, что представляют собой суперконструкционные материалы и как их можно использовать в 3D-печати?
Светлана Хаширова: Здравствуйте. Сейчас на рынке 3D-печати наиболее распространены полимерные материалы, которые предназначены в основном для печати изделий бытового назначения. Но в технике стремительно растут скорости и давление — наша авиация давно оставила позади звуковой барьер. Одновременно повышаются температуры, с которыми имеет дело человек. Следовательно, нужно быстрее создавать материалы для получения высокопрочных и ответственных изделий, которые могли бы надежно работать в течение продолжительного времени при высоких температурах. И здесь незаменимыми становятся суперконструкционные полимеры, которые легче на 70%, чем сталь, на 50%, чем титан, на 40 %, чем алюминий. При этом они не уступают металлам по прочности и превосходят их по износостойкости и устойчивости к коррозии (могут работать в жестких условиях эксплуатации, агрессивных сред даже при повышенных температурах). Кроме этого такие материалы радиационно-стойкие (могут применяться в космосе), морозостойкие (подходят для освоения Арктики) практически не горят, а также биоинертны, поэтому будут иметь спрос и в медицине. С помощь 3D-печати из них можно изготовить протезы, созданные с учетом особенностей конкретного человека. Они походят для 3D-печати беспилотных летательных аппаратов, экзоскелетов, узлов машин и механизмов, сложных деталей робототехнических устройств или элементов космического скафандра.
В настоящее время в стране отсутствует производство суперконструкционных полимеров, а зарубежные технологии получения таких материалов являются коммерческой тайной, лицензии на них не продаются.
3Dpulse.ru: Как удалось добиться таких потрясающих физических свойств?
Светлана Хаширова: Усилия российских ученых и технологов в настоящее время в основном сосредоточены на освоении аддитивных технологий, использующих металлические порошки. При этом в мире для 3D-печати применяют всего 1,4 % металлических порошков от общего объема используемых материалов. В то время как термопластов более 40 %. При этом полимерные материалы специально для 3D-печати в настоящее время в нашей стране не производятся.
В рамках совместного проекта Фонда перспективных исследований и Министерства образования и науки РФ нам необходимо было решить ряд сложнейших задач в этой области, разработать технологию получения суперконструкционных полимеров с импортоопережающими свойствами, адаптировать к аддитивным технологиям.
Наша лаборатория занимается созданием новых полимеров, композитов и нанокомпозитов с заданным комплексом свойств и имеет большой опыт решения научно-технических задач в этой области. Разработки высокотермостойких термопластов были начаты в нашем университете еще в 60-х годах прошлого века под руководством профессора А.К.Микитаева и приостановлены в кризисные 90-е годы. Имеющийся научно-технический задел позволил нашему молодому коллективу (средний возраст участников проекта составляет менее 30 лет) возобновить работы по созданию суперконструкционных полимеров для нового спектра перспективных применений. Молодость и энтузиазм сотрудников помогли сделать значительный рывок в решении этой сложной и трудоемкой задачи. В ходе проекта, выполняемого в рамках совместного финансирования Фонда перспективных исследований и Минобрнауки России, в течение двух лет мы разработали уникальную технологию, которая позволяет получать суперконструкционные полимеры с высокими прочностными и термическими характеристиками, а также создавать из них изделия методами 3D-печати, превышающие зарубежные аналоги.
3Dpulse.ru: В чем проявляется заявленная экономичность материалов?
Светлана Хаширова: В упрощении технологии получения и использовании более доступного сырья.
3Dpulse.ru: С помощью каких методов можно будет печатать данными материалами?
Светлана Хаширова: С помощью метода FDM и SLS.
3Dpulse.ru: Расскажите о 3D-принтере, который разрабатывается в стенах университета. Почему Вы решили создать свое устройство, а не адаптировать уже имеющиеся зарубежные аналоги?
Светлана Хаширова: Принтеры зарубежного производства работают со строго фиксированным набором иностранных материалов и используют закрытые программные коды. При этом в большинстве случаев использовать другой материал на этих машинах нельзя — их снимут с гарантии.
В связи с тем, что разработанные полимеры являются высокотермостойкими, обычные FDM-принтеры для них не подходят.
В рамках проекта совместно с соисполнителями разрабатывается 3D-принтер для послойного лазерного сплавления суперконструкционных полимеров, позволяющий значительно расширить возможности управления процессом 3D-печати суперконструкционных полимеров. Опытный образец будет готов в конце 2017 года.
3Dpulse.ru: КБГУ занимается данными изысканиями самостоятельно или в кооперации с другими научными центрами?
Светлана Хаширова: Высокоэффективные технологии создания суперконструкционных полимеров для 3D-печати мы занимались самостоятельно, а принтер разрабатываем совместно с соисполнителем.
3Dpulse.ru: Насколько велико практическое значение подобных разработок для промышленности ? Где могут применяться подобные материалы?
Светлана Хаширова: Разработанные суперконструкционные полимеры могут быть востребованы при изготовлении конкурентных образцов ракетно-космической, судостроительной, оборонной техники, автомобилестроения. Замена традиционных материалов (различных реактопластов, композиционных материалов, цветных металлов) на более передовые суперконструкционные полимеры позволит существенно снизить вес деталей, эксплуатирующихся при повышенных механических нагрузках, высоком температурном и радиационном воздействии. В то же время повысится долговечность, надежность, безопасность узлов, что даст возможность проектировать новые виды гражданской и специальной техники с уникальными тактико-техническими характеристиками. Адаптированность материалов к переработке методом 3D-печати позволит дополнительно снизить вес изделий за счет конструктивных возможностей 3D-технологии. Новые разработки повысить мобильность, оперативность и эффективность большинства стратегических направлений промышленности: робототехники, индустрии вооружений, авиакосмической техники, энергомашиностроения, автомобилестроения и т.д. Также интересно их применение в медицине.
3Dpulse.ru: На какой стадии находится данное исследование? Когда можно будет увидеть готовые изделия?
Светлана Хаширова: На стадии завершения НИОКР, имеются экспериментальные образцы полимеров и функциональные изделия, изготовленные из них методом 3D печати: это узлы и детали робота для эксплуатации в экстремальных условиях, детали беспилотных летательных аппаратов, медицинские имплантаты и др.
3Dpulse.ru: Российские компании уже проявили интерес к данной разработке?
Светлана Хаширова: Да, ведутся переговоры с потенциальными потребителями результатов.
3Dpulse.ru: Большое спасибо за беседу. Желаем Вам успешного завершения испытаний этих уникальных материалов.
поделиться статьей с друзьями
добавить сообщение