«Известия»: в РФ разрабатывают технологию 3D-печати высокопрочных деталей
Российские ученые нашли способ добавить в процесс 3D-печати специализированную нить, наполненную углеродом. Ее использование открывает для аддитивного производства новые возможности, поскольку такое волокно берет на себя основную механическую нагрузку, а полимер выполняет роль связующего. Новый подход позволяет печатать функциональные нагруженные детали с заранее рассчитанной укладкой армирующего материала и изготавливать крупные изделия с высокой точностью благодаря снижению усадки и коробления при охлаждении.
По его словам, технология наиболее востребована в авиационной и космической отраслях, где снижение массы конструкций напрямую влияет на эффективность техники. Из таких материалов можно изготавливать кронштейны, обтекатели, элементы интерьера, держатели антенн, компоненты шасси, детали для беспилотников и спутников. Кроме того, сочетание аддитивного производства с топологической оптимизацией позволяет дополнительно уменьшить вес изделий без потери прочности. А иногда углеродонаполненные нити, особенно на базе высокотемпературных полимеров вроде PEEK, применяют для деталей, работающих в экстремальных условиях — то есть там, где обычные пластики быстро деградируют.
Он добавил, что существующие технологии ограничивают создание высоконагруженных деталей при индивидуальном изготовлении. Это касается, например, специализированных захватов для робототехнических комплексов, элементов крепления в аэрокосмической отрасли, а также деталей для опытных образцов техники, которые должны выдерживать многократные циклические нагрузки.
По словам Вячеслава Богачева, разработка пока находится на стадии создания оборудования: принтеры, способные работать с непрерывным углеродным волокном, существуют лишь в виде прототипов. Поэтому до начала серийного производства функциональных изделий предстоит пройти этапы испытаний, отработки технологии и доводки оборудования.
При этом специалист считает, что успешная реализация проекта станет качественным шагом вперед в области аддитивного производства изделий из полимерных композиционных материалов.
Разработка ведется в рамках национального проекта по обеспечению технологического лидерства «Средства производства и автоматизации».
Российские ученые нашли способ добавить в процесс 3D-печати специализированную нить, наполненную углеродом. Ее использование открывает для аддитивного производства новые возможности, поскольку такое волокно берет на себя основную механическую нагрузку, а полимер выполняет роль связующего. Новый подход позволяет печатать функциональные нагруженные детали с заранее рассчитанной укладкой армирующего материала и изготавливать крупные изделия с высокой точностью благодаря снижению усадки и коробления при охлаждении.
«Углеродные волокна значительно повышают прочность на разрыв и изгиб, а также увеличивают жесткость изделия — деталь меньше деформируется под нагрузкой», — рассказал заведующий лабораторией Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана Вячеслав Богачев.
По его словам, технология наиболее востребована в авиационной и космической отраслях, где снижение массы конструкций напрямую влияет на эффективность техники. Из таких материалов можно изготавливать кронштейны, обтекатели, элементы интерьера, держатели антенн, компоненты шасси, детали для беспилотников и спутников. Кроме того, сочетание аддитивного производства с топологической оптимизацией позволяет дополнительно уменьшить вес изделий без потери прочности. А иногда углеродонаполненные нити, особенно на базе высокотемпературных полимеров вроде PEEK, применяют для деталей, работающих в экстремальных условиях — то есть там, где обычные пластики быстро деградируют.
«Сегодня невозможно или крайне проблематично производить детали со сложной внутренней геометрией, которые требуют повышенной прочности. Например, корпуса с интегрированными охлаждающими каналами, решетчатыми вставками для снижения веса без потери жесткости. Обычным пластиком такую сложную внутреннюю архитектуру часто не напечатать без массивных поддержек, которые потом сложно удалить, а сама деталь получится либо хрупкой, либо слишком тяжелой», — пояснил эксперт.
Он добавил, что существующие технологии ограничивают создание высоконагруженных деталей при индивидуальном изготовлении. Это касается, например, специализированных захватов для робототехнических комплексов, элементов крепления в аэрокосмической отрасли, а также деталей для опытных образцов техники, которые должны выдерживать многократные циклические нагрузки.
По словам Вячеслава Богачева, разработка пока находится на стадии создания оборудования: принтеры, способные работать с непрерывным углеродным волокном, существуют лишь в виде прототипов. Поэтому до начала серийного производства функциональных изделий предстоит пройти этапы испытаний, отработки технологии и доводки оборудования.
При этом специалист считает, что успешная реализация проекта станет качественным шагом вперед в области аддитивного производства изделий из полимерных композиционных материалов.
Разработка ведется в рамках национального проекта по обеспечению технологического лидерства «Средства производства и автоматизации».