Путь от горшков к деталям самолётов: аддитивные керамические технологии «Сколтеха» ломают стереотипыВ «Сколтехе» разработали 3D-принтер, который, в отличие от конкурентов, способен печатать керамические изделия без свинцовых примесей. Чтобы избежать ошибок и добиться высокой точности работы, ученые создают численные модели для оценки того, как будет вести себя материал на разных стадиях работы. Подробнее о новой разработке и сферах ее применения расскажем в нашем материале.
Без вредных примесейДля работы с бессвинцовой пьезокерамикой ученые «Сколтеха» создали специальный 3D-принтер по уникальной технологии. Другие модели выполнять такие задачи не могут: в них используется ультрафиолетовый лазер с длиной волны 365 нм, и пьезокерамика поглощает 95% этого излучения. При этом выжигается органика и связующие добавки.
Отечественная новинка работает на других лазерах, так что с помощью нее можно создавать изделия из бессвинцовой керамики, то есть фактически избавиться от вредного свинца в составе порошков. При этом аддитивные технологии развиваются рука об руку с цифровыми. Прежде чем запустить принтер, российские ученые формируют «цифрового двойника» — копию керамической пасты, которая позволяет отследить, как материал будет вести себя на разных стадиях обработки при различных условиях. Проще говоря, еще до начала работы можно предугадать, каким будет результат.
Точный расчет особенно важен при создании сложных изделий, которые применяются в авиапромышленности, нефтегазовой отрасли, медицине и т. д.
Преимущество аддитивных технологийЕсли для создания стандартных керамических изделий по типу горшков и статуэток особые ухищрения не нужны, то сложные промышленные компоненты можно воплотить только при помощи 3D-печати. К числу таковых относятся, например, керамические стержни, используемые при литье лопаток газотурбинных двигателей. Помимо этого, инженерная керамика необходима для изготовления медицинских имплантатов, автомобильных подшипников, спутников, мембран, катализаторов и т. д.
В работе «Сколтех» применяет технологию лазерной стереолитографии (SLA). Ее принцип заключается в послойном наложении материала из смеси керамического порошка и полимерного вещества:
«… слой за слоем выстраиваются сложные трёхмерные «зелёные» заготовки. После окончания 3D-печати проводится очистка и термическая обработка заготовок для удаления органического связующего и спекания керамических частиц в высокоплотную керамику», — пишет канал «Научный дзен в Сколтехе».
Эта технология, по мнению экспертов, может быть экономически выгодной:
«При не массовом производстве, например, до тысячи штук, аддитивные технологии часто выигрывают у литья и по времени, и по деньгам. Нишевые рынки внутри страны во многих случаях не очень большие по объему, поэтому будет развиваться спрос на малые партии, и, соответственно, востребованность аддитивного производства будет возрастать», — рассказал «РГ» руководитель департамента по науке и образованию Фонда «Сколково» Александр Фертман.Аддитивные технологии имеют перспективы еще и потому, что позволяют самостоятельно выпускать компоненты на замену импортным. Ранее для керамической печати «Сколтех» использовал французский принтер Ceramaker 900, теперь же Россия продемонстрировала, что и сама может производить такое оборудование, и не хуже западного.
https://dzen.ru/a/ZK9TbC7GBXj9QeoY
