Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого представили на конференции «Инженеры будущего» в Москве инновационную технологию мультиматериальной 3D-печати. Разработка дает возможность изготавливать предметы сразу из нескольких материалов.
В представленных примерах речь шла о печати деталей, в состав которых входит до четырех различных сплавов. Необходимость в подобных сложных конструкциях возникает, когда в одном и том же изделии требуется обеспечить разные свойства, например, такие как высокая твердость и одновременно пластичность, теплопроводность и коррозионная стойкость. Или, если речь идет о медицинских изделиях, это может быть биосовместимость и определенные механические свойства.
В таких случаях новая технология петербуржцев позволяет получить деталь, запрограммировав нужный комплекс свойств. При этом расположение металлов происходит буквально по «кубикам». В отличие от технологий, требующих сварки при применении нескольких сплавов, при 3D-мультиматериальной печати не создается резкая граница между слоями различных материалов. Как состав, так и свойства изменяются плавно от одного металла к другому, что позволяет предотвращать возникновение дефектов, так как обычно они возникают именно на стыках различных материалов.
Размер одной объемной единицы печати конкретного материала может быть менее одного миллиметра. То есть программировать такие материалы можно буквально в микромасштабе.
На данный момент проведены исследования и опробирована технология 3D-печати уже более 20 различных материалов и их комбинаций.
Разработчики показали изделия, изготовляемые с применением новой технологии. Первое — малоразмерная камера сгорания, особенность которой заключается в том, что внутри должна быть жаропрочная бронза, снаружи силовая оболочка из никелевого сплава, а между ними очень тонкая сетчатая структура, которая позволяет эффективно отводить тепло.
Еще одно изделие — шестерня, в которой необходимо обеспечить внутри вибропоглощение, а снаружи повышенную твердость для предотвращения износа. Чтобы повысить механические свойства, на этой границе переход от одного материала к другому нужно сделать неровным. Это условие также можно запрограммировать и получить в готовом изделии.
Важно, что в отличие от традиционных технологий, детали изготавливаются за один технологический цикл. То есть, разработка ученых из «Политеха» позволяет не только получать более прочные соединения, но и экономить средства при их производстве. По словам разработчиков, если традиционный цикл изготовления занимает месяцы — делается внутренняя оболочка, фрезеруется, далее сваркой на нее крепятся наружные элементы, то с применением новой разработки это один технологический цикл. То есть загрузили программу и получили готовые изделия. С учетом дальнейшей механической обработки поверхностей цикл занимает несколько дней.
Директор Института машиностроения, материалов и транспорта университета, главный конструктор ключевого научно-технологического направления «Новые материалы, технологии, производство» Анатолий Попович рассказал, что огромный комплекс университета — это не только аудитории и лаборатории, но и производственные цеха, где есть станки, оборудование. В том числе 3D-принтеры. Причем если еще несколько лет назад это были импортные устройства, то сейчас благодаря взаимодействию «Политеха» с частными компаниями, организован целый цех принтеров.
«Целый большой участок. Там тихо. Все работает. Один человек в белом халате. Идет производство. А управляется это удаленно. Буквально можно дома сидеть, кофе пить и все это видеть», – описал Попович процесс производства.
И это не футуристическая картинка, а ежедневная работа одного из цехов Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.