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

  • 12/07/2019

    Аспиранты в ТПУ смогут заниматься развитием новой уникальной технологии улучшения свойств материалов

    ​Студенты Томского политехнического университета могут стать участниками уникального научного проекта по разработке новой технологии, помогающей улучшить свойства различных материалов, сделать их более прочными, износо- и коррозионностойкими.
    1018
  • 07/04/2021

    Материал для ускорителей и противопожарные датчики для закрытых помещений разработают ученые ТПУ

    Три научные группы Томского политехнического университета выиграли гранты Российского научного фонда (РНФ). При поддержке фонда коллективы разработают новый метод получения покрытия для резонаторов ускорителей заряженных частиц, исследуют процессы горения в замкнутых помещениях и ответят на вопрос: как на планете сформировались месторождения морских железняков.
    609
  • 03/04/2019

    Российский научный фонд поддержал шесть научных коллективов ТПУ

    Российский научный фонд (РНФ) подвел итоги нескольких грантовых конкурсов. В итоге поддержку фонда получили шесть научных коллективов Томского политехнического университета. Еще по одному проекту политехников, посвященному изучению роли йода в работе «гормона интеллекта» — тироксина, фонд продлил поддержку.
    1269
  • 21/06/2019

    Томские ученые создали новый сплав с памятью формы, который превзошел никелид титана

    ​Ученые лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ в рамках совместного гранта РНФ и Немецкого научно-исследовательского сообщества (DFG) разработали новый сплав с памятью формы. По функциональным характеристикам он превосходит никелид титана – лидера среди материалов, способных восстанавливать свою форму при нагреве после высоких внешних нагрузок.
    1508
  • 19/02/2021

    Данные учёных ТГУ помогут в обследовании пациентов с инсультом

    Учёные лаборатории нейробиологии ТГУ в ходе серии экспериментов, проведённых с использованием модели ишемического инсульта у крыс, получили новые данные о процессах, которые происходят в очаге поражения головного мозга.
    801
  • 31/07/2019

    Ученые создали первые отечественные синие светодиоды для дисплеев

    ​Физики Томского государственного университета (ТГУ) на основе дешевых материалов создали синие органические светоизлучающие диоды (OLED - organic light emitting diode), которые необходимы для создания дисплеев телефонов и телевизоров.
    774
  • 15/07/2020

    В ТГУ создали самый твердый образец «скользкой» керамики

    ​Ученые ТГУ предложили новый способ получения композитной «скользкой» керамики AlMgB14 (алюминий-магний-бор). Твердость полученных композитов на 40 процентов выше, чем в образцах без добавок, а коэффициент трения практически в два раза ниже, чем у смазанной полированной стали.
    1101
  • 04/02/2021

    Где нужна «скользкая» керамика: ученый ТГУ о фундаментальном проекте

    Учёные Томского государственного университета (ТГУ) завершат к 2022 году изучение свойств так называемой "скользкой" керамики, для производства которой они создали технологию синтеза.
    362
  • 07/04/2021

    Три научных группы Томского политехнического университета выиграли гранты на поддержку своих проектов

    ​​Научная группа, которой руководит кандидат физико-математических наук Алексей Шевелев, трудится над созданием более дешевых и эффективных резонаторов, которые применяются в ускорителях частиц, в том числе, Большом адронном коллайдере.
    621
  • 24/12/2020

    Алексей Гоголев: «Мы сумели выполнить все обязательства и не снизить планку»

    И.о. руководителя Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ рассказал о достижениях коллектива школы в 2020 году, планах и задачах на следующий год.  2020 год в силу понятных причин стал для нас крайне непростым, но мы достойно выдержали удар, сумев выполнить все обязательства по грантам, программам, не допустить снижения основных индикаторов исследовательской деятельности.
    1087