Ученые РТУ МИРЭА исследуют 3D-печать керамических деталей для СВЧ-техники

Передовая инженерная школа СВЧ-электроники РТУ МИРЭА разрабатывает технологию 3D-печати керамических композитов для СВЧ-техники. Обычные методы производства керамических деталей требуют дорогой оснастки и не позволяют быстро менять форму изделий. Стереолитографическая 3D-печать суспензиями с керамическими наполнителями решает эту проблему, но создает новые: частицы керамики оседают на дно и слипаются в комки. Ученые нашли способ сделать суспензию стабильной с помощью ультразвукового диспергирования и подбора специальных добавок.

Да, это установка для электроспиннинга. Нет, мы не знаем, почему пресс-служба вуза выбрала такую иллюстрацию

Керамика нужна в СВЧ-технике, так как она выдерживает высокие температуры и частоты, но делать из нее детали сложно: традиционные методы требуют изготовления пресс-форм, что долго и дорого, особенно если нужна небольшая партия или уникальная форма. 3D-печать могла бы решить эту проблему. В РТУ МИРЭА для этого используют стереолитографические 3D-принтеры, печатающие фотополимерными смолами, но вместо чистых смол используют суспензии с добавлением керамического порошка — титаната бария. Проблема в том, что керамические частицы быстро оседают на дно, а это приводит к неравномерному распределению наполнителя в печатаемых изделиях. 

«Наша цель — получить готовую технологию 3D-печати керамических композитов с заданными электрофизическими свойствами. Это позволит разработчикам СВЧ-устройств быстро изготавливать прототипы сложной формы и оперативно вносить изменения в конструкцию. В перспективе технология может использоваться не только в СВЧ-технике, но и в других отраслях, где нужна прочная, термостойкая и точная керамика», — рассказала заведующая кафедрой инженерии материалов Передовой инженерной школы СВЧ-электроники РТУ МИРЭА, кандидат технических наук Светлана Тюрина.

Ученые предложили два пути. Первый — ультразвуковое диспергирование: специальный аппарат разбивает слипшиеся частицы и равномерно распределяет их по объему, при этом важно не перегреть суспензию, иначе пострадает сама смола. Второй путь — добавление поверхностно-активных веществ, которые не дают частицам слипаться и замедляют оседание. В мировой практике для этого используют олеиновую кислоту или специальные добавки. Это позволяет повышать степень наполнения керамикой до 35-55%. 

Другая проблема — адгезия: печатаемые детали плохо держатся на столиках 3D-принтеров. Это требует дополнительной настройки режимов 3D-печати и постобработки.

«Керамика в СВЧ-технике незаменима, но традиционное производство тормозит разработку новых устройств — слишком долго и дорого менять форму детали. 3D-печать дает свободу, но создает новую задачу — как заставить тяжелые керамические частицы не оседать и не слипаться, пока идет печать. Мы нашли решение с помощью ультразвука и специальных добавок. Следующий шаг — подобрать такой состав, чтобы деталь сохраняла форму во время печати и после нее», — рассказала студентка кафедры инженерии материалов Передовой инженерной школы СВЧ-электроники РТУ МИРЭА Екатерина Серова.

Источник: РТУ МИРЭА