Композиты на острие 3D-принтинга
Учёные СПбПУ и Сколтеха разрабатывают «софт» и «железо» для трёхмерной печати композиционных изделий
Технологиями трёхмерной печати скоро не удивишь никого: в ближайшем будущем, если верить тенденциям и громким заявлениям разработчиков, аддитивными методами можно будет напечатать, кажется, всё - от галстука до человеческой почки. В этом диапазоне 3D-печать изделий из композиционных материалов не выглядит чем-то изрядным. И всё же именно этим технологиям во всемирном списке промышленных технологий уделено мало внимания, поэтому, чтобы опередить возможных конкурентов, за дело взялся проектный консорциум российских учёных и инженеров-инноваторов.
В консорциум вошли разработчики из Сколковского института науки и технологий, Томского политехнического университета, Института проблем машиноведения РАН, НИТУ «МИСиС» и Института физики, прочности и материаловедения СО РАН. Основные работы по созданию специализированного «софта» легли на плечи сотрудников Инжинирингового центра Санкт-Петербургского Политехнического университета им. Петра Великого. О том, зачем нужны новые технологии производства композитов, из чего будет «собран» инструмент для проектирования композитных изделий и в чём гибкость предлагаемой разработки, рассказал Александр Немов, заместитель заведующего Центра и молодой ведущий специалист лаборатории «Вычислительная механика».
- Наша задача имеет два направления - «железное» и программное. Созданием оборудования и непосредственного производства композиционных материалов аддитивным методом в настоящий момент занят в большей степени Сколковский институт науки и технологий.
Мы же в Инжиниринговом центре разрабатываем методы, алгоритмы и программное обеспечение, которые позволят проектировать композитные структуры, оптимизированные под условия эксплуатации конкретных изделий.
Конечно, эти два направления параллельны: спроектировать композитную структуру можно и отдельно, без оборудования, но она сама по себе мало кому нужна, если нет возможности её изготовить. Поэтому создание оборудования для производства композитных конструкций, обладающего широкими возможностями в плане формы конструкции и её композитной микроструктуры - неотъемлемая часть проекта.
Предполагается именно 3D-печать композитов, или же процесс создания изделия будет чем-то напоминать сборку конструктора?
- Это самая настоящая послойная печать.
Уже сейчас силами Сколтеха спроектирован и изготовлен экструдер для производства композитов аддитивным методом. В него подаётся углеродное волокно и некое связующее, пластик, который в расплавленном состоянии в этом экструдере, условно говоря, смешивается с волокном.
Пока с помощью этого оборудования на свет появились около 130 образцов, и участники консорциума уже провели испытания - на тепловые свойства, на механические характеристики и на химическую стойкость к различным растворителям, поскольку таково требование нашего индустриального партнёра. Результаты экспериментов показали, что над механическими характеристиками ещё предстоит серьезная работа, однако первые выводы в целом позитивны, так как есть конструктивные идеи по улучшению физико-механических свойств образцов. По тематике проекта уже опубликована первая научная статья.
Далее о трёхмерной печати композиционных изделий читайте здесь