#3D-печать

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.

Ученые ТюмГУ разработали концептуальную модель «зеленого» арктического города, интегрирующая ключевые положения концепций «устойчивый город», «экогород» и «умный город».

Ученые ТПУ предложили новый подход 3D-печати широко используемых, например, в металлургии и изготовлении стекла, материалов — пористых алюмосиликатных огнеупоров. Политехники подобрали состав чернил для 3D-печати и изготовили образцы огнеупоров на разработанном в ТПУ 3D-принтере. Технология позволяет ускорить процесс производства материалов. Кроме того, полученные образцы отличаются перспективными свойствами — прочностью и высокой стойкостью к проникновению шлака.

Археологи и историки КБГУ представили полноразмерную копию дольмена — древнего культового или погребального сооружения, относящегося к мегалитам. Точный двойник воссоздан с помощью 3D-сканирования и печати.

В НИТУ МИСИС выяснили, что наиболее эффективный метод для создания прочных покрытий деталей в автомобильной и аэрокосмической отрасли, а также в аддитивном производстве, — холодное напыление. Повышенную твердость и износостойкость порошковой смеси на основе алюминиевого сплава придает добавление нитрида циркония.

В технологиях 3D-печати, которые активно применяют в металлургии и медицине, важную роль играют гранулированные материалы — сыпучие порошки, состоящие из отдельных частиц (гранул) небольшого размера. Их используют для создания деталей автомобилей, самолетов, имплантатов и протезов. До начала печати процесс моделируют на компьютере. Это помогает выявить потенциальные дефекты, определить оптимальные параметры работы принтера (мощность лазера, скорость сканирования), что в целом улучшает качество изделий и повышает производительность. Однако само моделирование требует значительных затрат компьютерного времени. Ученые Пермского Политеха разработали упрощенную модель частицы, благодаря которой вычисления можно сократить в 23 раза.

Бионическое протезирование позволяет почти полностью восстановить функциональность человека после потери конечности. Благодаря максимальному подстраиванию устройства под пользователя, оно дает возможность полноценно реабилитироваться и справляться с задачами, которые были бы недоступны при ношении обычных протезов. Но из-за дороговизны их серийного производства бионическими протезами обеспечено очень малое количество инвалидов. Студент Пермского Политеха разрабатывает бионический протез руки человека с помощью технологии 3D-печати. Уже готов прототип изделия, способный выполнять сжимающие движения и имитировать тактильные ощущения.

Сотрудники лаборатории полупроводниковых оксидных материалов МФТИ с коллегами создали материалы на основе полупроводника — сложного оксида индия, галлия и цинка. Поиск реагентов для низкотемпературного синтеза показал, что использование глицерина и нагрев до 500 градусов Цельсия обеспечивает формирование частиц этого материала размером не более 30 нанометров. Результаты работы открывают возможности повышения доступности технологий 3D-печати транзисторов благодаря снижению энергозатрат.

Команда Снежинского физико-технического института НИЯУ МИФИ разработала инновационную интеллектуальную систему контроля 3D-печати, заменяющую глаза оператора при изготовлении изделий из металла с помощью аддитивных технологий. Система успешно прошла испытания и готовится к внедрению на предприятиях Росатома.

В сферу тяжелого машиностроения широко внедряют аддитивные технологии для производства металлургического и горно-шахтного оборудования, тяжелых станков и грузоподъемных кранов, конвейеров, экскаваторов, крупных морских судов и вагонов. С их помощью создают конструкции с высокой точностью и сложной геометрией внутренних элементов и каналов, что невозможно при традиционных способах литья и механической обработки. Из-за послойного формирования во время 3D-печати свойства внутри изделий получаются неравномерными, поэтому их качество и срок службы снижается. Ученые Пермского Политеха провели ряд тестов на устойчивость таких материалов к разрушению. Результаты позволят расширить экспериментальную базу программ, сопровождающих жизненный цикл 3D-изделий, и за счет этого производить качественные и долговечные конструкции из аддитивных материалов.

В различных отраслях промышленности широко применяются аддитивные технологии или получение изделия по трехмерной модели путем добавления материала, как правило, слой за слоем. Разные виды 3D-печати позволяют создавать детали любой сложности и точности за короткое время. Большое распространение среди аддитивных сварочных методов получила технология проволочной наплавки. Ученые Пермского Политеха совместно коллегами из УрФУ усовершенствовали эту технологию, используя металлопорошковую проволоку вместо «обычной» сварочной. Разработанный состав проволоки позволяет наплавлять бездефектные заготовки с повышенной прочностью и пластичностью.

3D-печать — это перспективный метод производства коронарных стентов — имплантатов, которые помогают в лечении ишемической болезни сердца. Требования к таким изделиям чрезвычайно высоки: они должны обладать биосовместимостью, гибкостью и прочностью. Среди методов выделяется селективное лазерное плавление, которое часто используют для производства медицинских устройств, однако процесс изготовления стентов таким методом разработан слабо. Ученые Пермского Политеха предложили двухэтапную технологию печати кобальт-хромовых стентов, которая позволяет производить более надежные модели и ускорить процесс их изготовления.

3D-печать становится все более популярной в медицине, автомобильной и аэрокосмической промышленности из-за возможности создавать сложные бездефектные изделия с хорошими механическими свойствами. Все чаще для аддитивного производства крупногабаритных деталей применяют технологию проволочно-дуговой наплавки. Так, например, в авиадвигателестроении можно производить многие детали для компрессора и элементов сопловой части. Но в процессе их печати возникают эффекты, которые меняют структуру и характеристики получаемых изделий, снижают качество и срок службы. Ученые Пермского Политеха разработали новый способ — лазерную проволочную наплавку с управляемым переносом металла. Создан прототип оборудования и подобраны нужные режимы наплавки никель-хромовых жаропрочных сплавов. Это позволит создавать надежные детали с минимальной необходимостью дополнительной обработки.