Ученые ТГУ при поддержке РНФ создают новые материалы для 3D-печати изделий из керамики. Исследователи адаптируют под аддитивные технологии нанопорошки – оксиды алюминия и циркония, которые широко представлены на рынке, но применяются только для прессования и спекания при высоких температурах. Физикотехники научились изготавливать из этих соединений материалы для 3D-печати керамических деталей, которые можно использовать в условиях повышенных механических нагрузок и температур, например, в космосе.

– Во всем мире пришли к выводу, что использовать керамические нанопорошки для тех видов 3D-печати, где используется лазерное сплавление, невозможно, – рассказывает сотрудник лаборатории высокоэнергетических систем и новых технологий ТГУ, заведующий лабораторией  FabLab в НОЦ «Сибирский центр дизайна» Владимир Промахов. – Причина в том, что физические свойства керамики не позволяют получать качественную структуру материалов путем сплавления порошков. Изделия сложной геометрии с заданной структурой получают только путем литья полимер-керамических составов в стальные формы с дальнейшим спеканием в высокотемпературных печах. При всех плюсах данный способ имеет существенный минус – это высокая стоимость. 

577A8638.JPG 

Изготовление металлической формы для литья обходится в среднем 150–300 тысяч рублей, в зависимости от сложности формы изделия. Если заказчику нужны 10 пробных образцов для внедрения нового инженерного решения, их производство будет экономически невыгодным. Ученые ТГУ смогли решить эту задачу посредством создания полимер-керамических составов, подходящих для таких аддитивных технологий, как стереолитография и FDM-печать (Fused Deposition Modeling). В состав полимер-керамических композиций, помимо нанопорошков керамики, входит связующий материал, который удаляется после печати.

Наряду с разработкой материалов и исследованиями их физико-механических характеристик, ученые занимаются прогнозированием поведения изделий, полученных с помощью 3D-принтера. Тестирование в виртуальных условиях позволяет увидеть, как будет вести себя деталь под влиянием динамической, статической и температурной нагрузки.

Разработки исследователей ТГУ уже привлекли к себе внимание промышленников. Недавно на ученых вышло одно из красноярских предприятий, заинтересованное в приобретении прочных штифтов для абразивного производства. Сейчас промышленники используют стальные детали, срок службы которых не превышает 30 часов. Штифты из полимер-керамики, напечатанные в ТГУ, оказались в 10 раз прочнее стали, эксплуатировать их можно будет значительно дольше. В настоящее время изделия проходят апробацию в Красноярске.

Еще одной сферой применения новых материалов может стать космическая промышленность. В качестве эксперимента исследователи напечатали прототипы возможных каркасов для сэндвич-панели из композиционных материалов. Эти конструкции обладают большим запасом прочности и долговечности. Легкие трехмерные панели способны выдержать нагрузку, которой подвергаются космические аппараты, и могут быть использованы для защиты спутников от микрометеоритов и космического мусора.

Добавим, что немалую часть работ в рамках проекта выполняют студенты четвертого курса ФТФ ТГУ Никита Грунт и Максим Логинов, которые отвечают за подготовку суспензий к печати, подбирают и контролируют параметры печати. 

Завершение проекта намечено на конец 2020 года, к этому времени ученые разработают линейку новых материалов для аддитивных технологий. 

577A8474.JPG 


Работы выполняются в рамках проекта РНФ «Изучение физических закономерностей формирования структурно-фазового состояния и физико-механических свойств керамических материалов, полученных 3D-печатью с применением высоконаполненных термореактивных и фотоотверждаемых суспензий».

  •  

     

Источники

Разработки ученых ТГУ помогут удешевить 3D-печать сложных деталей из керамики
3Dpulse.ru, 24/10/2018
Разработки ученых ТГУ помогут удешевить 3D-печать деталей из керамики
ГТРК Томск, 24/10/2018
Томские ученые помогут удешевить 3D-печать сложных деталей из керамики
Томский обзор (obzor.westsib.ru), 24/10/2018
Томские ученые помогут удешевить 3D-печать сложных деталей из керамики
Gorodskoyportal.ru/tomsk, 24/10/2018
Разработки ученых ТГУ помогут удешевить 3D-печать деталей из керамики
Томский государственный университет, 24/10/2018
Разработка ученых ТГУ сделает 3D-печать менее дорогой
ТВ2 (tv2.today), 25/10/2018
Разработки ученых ТГУ помогут удешевить 3D-печать деталей из керамики
Российский научный фонд (рнф.рф), 25/10/2018
Разработки ученых ТГУ помогут удешевить 3D-печать деталей из керамики
Российский научный фонд (рнф.рф), 25/10/2018
Томские ученые работают над материалами для 3D-печати промышленных изделий из керамики
3dtoday.ru, 25/10/2018
От лица до ракеты: как томская керамика меняет целые отрасли
РИА Томск (riatomsk.ru), 29/10/2018
Томские ученые создают из керамики материалы для 3D-печати промышленных изделий
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 30/10/2018

Похожие новости

  • 07/09/2018

    Томские ученые синтезировали керамику с люминесцентными свойствами

    Доцент Инженерной школы новых производственных технологий Томского политехнического университета Дамир Валиев представил исследование на одной из ведущих международных конференций по физике оптических материалов и устройств «ICOM 2018 Conference on the Physics of Optical Materials and Devices​», которая недавно прошла в городе Игало (Черногория).
    200
  • 06/02/2018

    Ученые создали гибкий источник тока

    Группа ученых из России и ФРГ создала гибкий композит, вырабатывающий электричество. Ученые полагают, что он найдет широкое применение. Сегодня пьезоэлектрики используются в  компьютерных клавиатурах, в микрофонах, принтерах, для создания датчиков в промышленности.
    443
  • 30/03/2017

    ТУСУР завершает работу по созданию интеллектуальных покрытий для космических аппаратов

    В лаборатории радиационного и комического материаловедения ТУСУРа завершаются работы по созданию интеллектуальных отражающих покрытий на основе соединений титаната бария, нанесённых детонационным методом.
    819
  • 18/04/2018

    Томский политехник рассказал школьникам о ЦЕРНе и Большом адронном коллайдере

    ​Инженер Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политехнического университета Виталий Охотников рассказал томским школьникам о работе ЦЕРНа, Большого адронного коллайдера, а также поделился с ними советами о том, как стать частью глобального международного научного исследования.
    299
  • 12/07/2017

    Робота-врача для военных создадут томские медики и инженеры​

    Ученые из НИИ кардиологии Томского национального исследовательского медицинского центра и Томского политехнического университета (ТПУ) планируют создать мобильного робота, который сможет оказывать первую медицинскую помощь пострадавшим в местах военных действий и ЧС.
    787
  • 10/12/2016

    По мнению экспертов, большие данные уже перешагнули границу научного мира

    ​В Томском политехническом университете работает первая международная школа по Big Data (большим данным). Ее участниками стали ведущие исследователи из России, Великобритании, США и Италии. Профессор Университета Генуи (Италия) Дарио Барберис и директор физического факультета университета Ланкастера (Великобритания), профессор Роджер Джонс поделились со Службой новостей мнением о роли больших данных в жизни современного человека.
    1179
  • 05/03/2018

    ​Ученые ТГУ создали алгоритм для расчета фотофизических и люминесцентных характеристик молекул

    ​Ученые кафедры оптики и спектроскопии физического факультета ТГУ с коллегами из Швеции и Финляндии создали алгоритм для расчета фотофизических и люминесцентных характеристик молекул. Благодаря этому алгоритму можно вычислять оптические, люминесцентные (светимость, квантовый выход флуоресценции) свойства молекул и веществ с использованием высокоточных методов квантовой химии.
    520
  • 05/10/2018

    Физики ТГУ работают в направлении, за которое дали Нобелевскую премию

    Нобелевская премия по физике 2018 года присуждена за исследования в области лазерной физики. Лауреатами стали Артур Эшкин (США) – создатель «оптического пинцета», позволяющего перемещать отдельные молекулы с помощью лазерного излучения, и Жерару Муру (Франция) и Донне Стриклэнд (Канада), предложившие метод получения сверхмощных ультракоротких лазерных импульсов.
    244
  • 31/05/2016

    До конца 2018 года ТПУ завершит создание Научного парка

    ​Первая очередь Научного парка, открытая к 120-летнему юбилею Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ) стала, вероятно, самым весомым и ценным подарком вуза университетской элите, студентам, аспирантам и всем тем, кто не мыслит себя сегодня вне науки.
    1444
  • 21/02/2017

    Разработки ТПУ для имплантологии выходят на стадию клинических испытаний

    ​Биодеградируемые имплантаты Томского политехнического университета выходят на стадию клинических испытаний. Как сообщают ученые ТПУ, на стадии доклинических исследований эффективность томских изделий уже доказана, и сегодня некоторые биоразлагаемые имплантаты Томского политеха сегодня частично используются в медицинской практике в одном из ведущих ортопедических центров России - Центре Илизарова.
    1548