#3D-печать

Объем мирового рынка аддитивного производства растет и на 2024 год оценивался в 3,56 миллиардов долларов. 3D-печать широко применяется в аэрокосмической, автомобильной, строительной и медицинской отраслях. Но прочность получаемого продукта во многом зависит от направления печати, например, вертикального или углового. Заранее это предсказать сложно. Чтобы понять, при каких условиях тот или иной материал получается качественнее, из него создают множество дорогостоящих тестовых образцов и для каждого проводят долгие проверки. Ученые Пермского Политеха разработали новый метод экспресс-оценки, который вдвое сокращает расход материала и ускоряет испытания с месяца до нескольких дней. Теперь можно быстрее и дешевле определить устойчивость будущих деталей к циклическим нагрузкам, что критически важно для повышения безопасности конструкций в высокотехнологичных отраслях.

Специалисты «Росатома» разработали базу данных, в которой собраны свойства отечественных материалов, изготовленных с помощью 3D-печати (селективного лазерного плавления). Такая система ускорит подбор материалов в три-пять раз, что важно для авиации, космоса, энергетики и других отраслей, где необходимы сложные детали из металлических сплавов.

Гидравлические системы критически важны для работы механизмов — от автомобилей до самолетов, обеспечивая подачу топлива и масел. Авиационные насосы работают в экстремальных условиях: при давлениях до 250 МПа, температурах свыше 150 градусов Цельсия и сильных вибрациях. Традиционные методы производства (литье, фрезерование) создают тяжелые, сложные и дорогие конструкции. Ученые Пермского Политеха разработали облегченный корпус насоса, сократив его массу на 38,5% за счет 3D-печати и оптимизации конструкции. Это решение не только уменьшает вес (что критично для авиации), но и повышает надежность, упрощает производство и снижает стоимость. Новый насос сохраняет прочность при экстремальных нагрузках, что важно для безопасности полетов.

Компания UCC Holding и Управление общественных работ Катара приступили к реализации проекта по созданию крупнейшего в мире здания, напечатанного на 3D-принтере. Для этой цели они используют огромные специально изготовленные принтеры датской компании COBOD.

Международный коллектив ученых создал аналог пористой породы для исследований в области нефтеотдачи. Это открывает путь к надежным и доступным лабораторным тестам в нефтегазовой и петрофизической сфере.

Видео о сборе каучука захлестнуло интернет. Но если его сбор привлекает внимание своей экзотикой, то вопрос о применении каучука в повседневной жизни для многих до сих пор открыт. Ученые Пермского Политеха рассказали, благодаря чему материал завоевал мир, почему он стал незаменим на заводах, как его применяют для 3D-печати, роботов и гибкой электроники, как он защищает автовладельцев от ДТП, помогает реже перекладывать асфальт и в каких неожиданных предметах он содержится.

Фотополимеры — жидкие смолы, затвердевающие под УФ-излучением, — широко используются в авиации, автомобилестроении, ювелирном деле и стоматологии. На 3D-принтере из них печатают модель детали, затем помещают в огнеупорную форму и обжигают. Смола выгорает, оставляя полость для расплавленного металла. После застывания форму разрушают, получая готовое изделие. Однако при нагреве фотополимер расширяется, что может повредить форму и привести к браку. В ПНИПУ разработали компьютерную модель для отслеживания поведения фотополимеров, чтобы прогнозировать их состояние. Разработка позволит предсказать свойства полимеров с точностью до 95% и не допустить появления дефектов.

Ученые кафедры технической физики КНИТУ-КАИ разработали новый метод переработки металлических изделий аддитивного производства в мелкодисперсный порошок для его повторного применения в 3D-печати. Инновационная разработка позволяет перерабатывать вышедшие из употребления изделия, изготовленные методом селективного лазерного спекания, обратно в исходный металлический порошок для его повторного применения. Технология пригодится в аэрокосмической промышленности и медицине.

«Белая башня», или Tor Alva, стала высочайшим в мире зданием, созданным с помощью 3D-печати. Новое строение недавно возвели в небольшой альпийской деревне Мулегнс в Швейцарии, где проживают всего 11 человек.

3D-печать металлами активно применяется для создания и ремонта изделий, которые трудно сделать обычными методами. В авиации ее используют, например, для изготовления деталей, таких, как завихрители камеры сгорания — ключевые компоненты двигателей. Такая технология ускоряет процесс, снижает затраты, количество отходов и риск возникновения брака. Тем не менее, из-за усталости материала, (постепенного разрушения от постоянных нагрузок) напечатанные металлом детали часто выходят из строя. В Пермском Политехе нашли способ делать эти конструкции прочнее, оптимизировав их обработку и направление печати. Это значительно сократит затраты авиапромышленности на прототипирование и изготовление новых деталей.

Полиамид 12 — один из ключевых материалов в 3D-печати, сочетающий прочность, гибкость, химическую стойкость и биосовместимость. Этот универсальный пластик используют в авиа- и машиностроении, а также в медицине для создания протезов и имплантатов. Но у полимерных изделий есть недостатки — пористость и хрупкость, которые можно устранить, добавляя стеклянные волокна. Ученые Пермского Политеха провели масштабное исследование и выяснили, что правильный выбор формы стеклянных частиц и ориентации печати может кардинально изменить свойства конечного продукта и повысить прочность на 23-44%. Результаты помогут создавать более надежные композитные изделия с определенными характеристиками для высокотехнологичных отраслей.

В высокотехнологичные сферы, где требуются сложные, легкие и прочные детали, активно внедряется 3D-печать металлами. Порядка 30-40% рынка занимает аэрокосмическая отрасль (изготовление лопаток турбин, кронштейнов и элементов корпусов, детали ракетных двигателей). Традиционные методы металлической 3D-печати могут привести к возникновению дефектов из-за неточного контроля параметров. Например, неравномерная толщина слоя или перегрев влияют на форму изделия и служат причиной брака. Отслеживание процесса оператором замедляет производство, поэтому студенты Пермского Политеха и ученики Политехнической школы разработали прототип автоматической системы, которая отслеживает температуру плавления и высоту слоя при работе 3D-принтера. Это позволит минимизировать дефекты, ускорить изготовление продукции, снизить затраты на материалы и увеличить эффективность работы на 20%.

В 2024 году рынок 3D-печати в России и мире продемонстрировал устойчивый рост и активное внедрение в промышленное производство. 30% пришлось на предприятия топливно-энергетического комплекса, из которых 13% — атомная отрасль, 20% — нефтегазовое и энергетическое машиностроение. Обычно 3D-печать осуществляется методом нанесения слоев строительного материала по модели. В процессе образуются разрывы между ними, поскольку раствор не всегда бывает однородным. Ситуация требует контроля вязкости специалистами, что приводит к потере времени и снижению качества продукта из-за человеческого фактора оценки. Ученики Политехнической школы под руководством ученых Пермского Политеха разрабатали решение этой проблемы.

Инженеры РТУ МИРЭА создали технологию аддитивного производства, позволяющую изготавливать персональные прототипы протезов коленного сустава. Суть проекта — в создании цифровой 3D-модели сустава, печати прототипа эндопротезов для проверки анатомической собираемости, планирования хода операции. После всех проверок и утверждения врача-хирурга цифровая модель может быть направлена в профильную организацию для производства эндопротеза.

Ученые РТУ МИРЭА запатентовали новый способ производства многослойных печатных плат на основе керамики с использованием технологий 3D-печати. Этот метод позволяет создавать высококачественные керамические платы, которые широко применяются в электронике, телекоммуникациях и других высокотехнологичных отраслях.

Основные проблемы 3D-печатных экзопротезов, в частности для транстибиальных ампутаций (ниже колена), заключаются в неравномерной нагрузке на конструкцию, приводящей к ее разрушению. Ученые Пермского Политеха разработали способ создания прочных и легких экзопротезов с помощью 3D-печати и укрепления углеродным волокном. Новый метод позволяет значительно повысить долговечность и надежность изделий, обеспечивая их комфорт и индивидуальную адаптацию под анатомию пациента.

Ученые Пермского Политеха предложили эффективный способ улучшения макроструктуры мартенситно-стареющих сталей с помощью гибридной наплавки и дополнительной термической обработки. Технология улучшает однородность, плотность, пластичность и прочность материала, что повышает качество и долговечность изделий.

Специалисты Китайского национального космического управления (CNSA) разработали машину для изготовления кирпичей из лунного реголита с помощью системы 3D-печати.

В РТУ МИРЭА представили проект по разработке новой технологии химической металлизации пластиковых деталей, изготовленных методом 3D-печати. Предполагается, что разработка позволит наносить металлическое покрытие на заданные участки изделий, что потенциально откроет новые возможности в производстве электронных компонентов.

До 20-30 процентов металлических изделий, напечатанных на 3D-принтере, могут содержать различные дефекты даже из-за небольших отклонений в параметрах печати. Необходимо отслеживать качество получаемого продукта и своевременно находить аномалии до того, как они приведут к браку. Особенно это важно для аэрокосмической, медицинской и автомобильной промышленности, где любая маленькая погрешность может быть критична. Команда старшеклассников из Политехнической школы под руководством ученых Пермского Политеха работает над уникальным проектом — системой обнаружения ошибок в процессе 3D-печати с использованием нейронных сетей. Разработка поможет промышленным предприятиям снизить количество брака и автоматизировать контроль качества продукта.