В России разрабатывается собственная технология 3D-печати углеволоконными композитами

Целый консорциум российских ученых взялся за разработку композитных материалов для 3D-печати. В частности, упоминается разработка методов печати пластиками с углеволоконными добавками. Напомним, что подобные материалы уже существуют в нескольких вариантах – таких, как ColorFabb XT-CF20, 3DXMax CFR и другие. Первенцем же углеволоконной печати стала компания MarkForged, основанная Грегори Марком в 2013 году. 3D-принтер MarkForged Mark One создавался специально для использования углеволокна в качестве расходного материала, но при этом способен печатать стекловолокном, нейлоном, кевларом и более привычными термопластиками. Таким образом, возможна печать армированных композитных деталей.

Как заявляют разработчики из Сколково, им удалось разработать технологию печати и расходные материалы, позволяющие создавать композиты, превосходящие аналоги MarkForged более чем на 40%. Прочность изготовленных образцов достигает 350МПа, что значительно выше конструкционных алюминиевых сплавов (200-300МПа). Термопластик, используемый в качестве связующего материала, не называется. Известно лишь, что разработчики надеются повысить прочность композита в 2-3 раза за счет замены используемого пластика на более прочные конструкционные термопласты.В качестве индустриального партнера проекта выступает Объединенная ракетно-космическая корпорация. Именно это предприятие и станет первым, если не главным бенефициаром сколковских разработок по печати композитными материалами. Первые функциональные образцы планируется предоставить для испытаний через два года. На развитие проекта в течение трех лет были выделены средства из федерального бюджета.

В программе задействован целый ряд учреждений, включая Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Томский политехнический университет, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Институт проблем машиноведения РАН, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» и ОАО «Объединенная ракетно-космическая корпорация». Однако целью проекта является не только создание композитных материалов, но и оборудования для печати. Разработкой программной составляющей занимается Инжиниринговый центр Санкт-Петербургского политехнического университета.

Как рассказал ведущий специалист лаборатории «Вычислительная механика» при СПбПУ Александр Немов, на сегодняшний день уже произведены 130 печатных образцов. Полученные модели были испытаны на тепловые, химические и физико-механические свойства. Итоги описываются как положительные в целом, хотя по результатам испытаний был сделан ряд предложений по совершенствованию материала.Судя по всему, в ходе проекта был разработан специальный экструдер, смешивающий термопластик с углеволоконным наполнителем непосредственно перед нанесением. «Конечно, эти два направления параллельны: спроектировать композитную структуру можно и отдельно, без оборудования, но она сама по себе мало кому нужна, если нет возможности ее изготовить. Поэтому создание оборудования для производства композитных конструкций, обладающего широкими возможностями в плане формы конструкции и ее композитной микроструктуры – неотъемлемая часть проекта», – рассказывает Немов.

Интерес ОРКК к технологиям 3D-печати легко понять. 3D-принтер для печати углеволокном сможет создавать сложные структуры с возможностью нелинейной укладки композита, что позволит создавать более легкие и прочные конструкции, увеличивая полезную нагрузку. «С помощью аддитивных технологий мы рассчитываем, что сможем уложить волокна, например, криволинейным образом, сделать где-то большую плотность волокон, где-то меньшую, воспроизвести различные микроструктуры. Идея всего проекта – в том, чтобы научиться проектировать и создавать оптимальные композитные конструкции», – поясняет Немов.