Сотрудники Сколковского института науки и технологий разработали технологию аддитивной печати (или, как принято говорить сегодня, 3D-печати) изделий из композиционных материалов, в частности – углепластика, позволяющую получать изделия, превосходящие по своим механическим характеристикам мировые аналоги. Работа ещё ведётся, но первые результаты весьма вдохновляют исследователей.

Так, прочность первых образов, изготовленных по отечественной технологии, составляет более 400 МПа (прочность конструкционных алюминиевых сплавов — 200–300 МПа). Как утверждают разработчики, по этому показателю они могут превзойти мировые аналоги и даже главного конкурента — материалы американской компании MarkForged — почти в два раза.

Рис. 1. Сотрудники Сколковского института науки и технологий разработали технологию 3D-печати изделий из композиционных материалов.

Идея, изначально предложенная директором Центра Сколтеха по перспективным конструкциям Зафером Гюрдалом (Zafer Gurdal), была выбрана в качестве одного из проектов для стартап-лаборатории Центра. Профессор Гюрдал начал работу над этим проектом в Университете Южной Каролины, США, в прошлом году и, приехав в Россию, решил продолжить развивать эту перспективную идею в Сколково.

Рис. 2. Прочность первых напечатанных образцов составляет более 400 МПа (для сравнения – прочность конструкционных алюминиевых сплавов составляет – 200–300 МПа).

Летом 2014-ого года Дмитрий Васильев, магистрант Сколтеха, проходил практику в Университете Южной Калифорнии и работал там над этой темой. Сейчас Дмитрий — полноправный член команды проекта.

«В июле мы подали заявку на субсидию Минобрнауки, – рассказывает в пресс-релизе Сколтеха Фёдор Антонов, старший научный сотрудник Центра. – Несмотря на то, что в тот момент у нас не было работающего прототипа, мы получили финансирование и активизировали работу в октябре 2014-го года. В последующие четыре месяца мы очень много работали, и после ряда неудач, пришли, наконец, к рабочему решению: никто не ожидал, что оно окажется настолько эффективным».

Рис. 3. Ученым еще предстоит разработать оптимальные модели будущих изделий.

Сейчас все члены команды крайне воодушевлены перспективами проекта. Уже есть работающий прототип, который может печатать очень прочные и жёсткие детали, есть технология, которую учёные планируют запатентовать.

Зачем же нужен такой принтер?

Ответ прост: сегодня 3D-печать используются преимущественно для быстрого прототипирования, то есть для изготовления макетов, а не реальных изделий. Даже принтер, отправленный и уже опробованный на МКС, пока не в состоянии создать деталь, которая по своим характеристикам подходила бы для реального использования.

Отечественная технология позволит изготавливать на 3D-принтере нагружаемые элементы конструкций, обладающие оптимальной геометрией и внутренней структурой материала (то есть они не сломаются, если к ним в процессе эксплуатации будет приложено определённое усилие).

Кстати,

проектирование таких «выносливых» конструкций — это отдельная очень большая задача, за которую в проекте отвечает команда из Санкт-Петербургского политехнического университета.

Такой принтер уже не просто будет печатать игрушки и модели. На нём можно будет создавать детали для беспилотников, квадрокоптеров и роботов, лопасти, кронштейны, корпусные элементы – выбор практически неограничен (единственное условие – они не должны быть слишком большими по размеру). Можно будет напечатать, например, протезы, ортопедические стельки для ботинок, пряжки для ремней (не из металла). В конце концов, можно напечатать хоть негнущуюся крышку для смартфона.

Рис. 4. Полоски готового композитного материала.

В будущем же эту технологию можно будет использовать и в аэрокосмической отрасли, заключают разработчики. В течение ближайших двух лет учёные планируют спроектировать, изготовить и испытать конструкции из композитных материалов в интересах индустриального партнера проекта — Объединённой ракетно-космической корпорации.

Замена материалов (с пластиков для прототипирования на конструкционные и суперконструкционные термопласты) и дальнейшая отработка технологического процесса позволят улучшить текущие показатели ещё в 2–3 раза, уверены исследователи Сколтеха. Если вс пойдёт хорошо, инженеры, наверняка, займутся увеличением объёмов производимых деталей.

Все работы ведутся российскими учёными в рамках проекта «Разработка интегрированной системы компьютерного проектирования и инжиниринга для аддитивного производства лёгких и надежных композитных конструкций ключевых высокотехнологичных отраслей промышленности» федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014—2020 годы».