Будущее функционально-градиентных материалов в аддитивных технологиях обсудили на III Международном форуме «Передовые цифровые и производственные технологии»

В рамках второго дня III Международного форума «Передовые цифровые и производственные технологии», организатором которого выступили Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) и его структурные подразделения Научный центр мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии» (НЦМУ СПбПУ) и Центр компетенций Национальной технологической инициативы СПбПУ «Новые производственные технологии» (Центр НТИ СПбПУ), состоялся круглый стол «Функционально-градиентные материалы в аддитивных технологиях».

Модератором мероприятия выступил директор Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ Анатолий Попович.

УЧАСТНИКИ КРУГЛОГО СТОЛА

• Игорь Шишковский, руководитель лаборатории аддитивного производства Сколковского института науки и технологий;
• Евгений Левашов, д.т.н., профессор, академик РАЕН, академик Всемирной академии керамики, заведующий кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий, директор НУЦ СВС МИСиС-ИСМАН;
• Вадим Савич, первый заместитель директора ГНУ «Институт порошковой металлургии имени академика О.В. Романа»;
• Алексей Мазалов, генеральный директор АО «Центр Аддитивных Технологий».

Презентацию «Новые материалы и аддитивные технологии. Опыт СПбПУ Петра Великого» представил Анатолий Попович: «Сегодня и в России, и за рубежом новый тренд – это новые материалы для различных областей применения. Без разработки новых материалов та или иная конструкция или технология не будет успевать за теми вызовами, что ставит перед нами общество».

Анатолий Анатольевич отметил, что будущее, которое уже практически наступило, за созданием управляемой структуры в зависимости от условий эксплуатации изделия – конструкциями с управляемыми свойствами.

Другим трендом численного моделирования является разработка метаматериалов, представляющих собой композиционные материалы, свойства которых обусловлены не столько свойствами их элементов, сколько периодической геометрической структурой (например, ячеистой структурой). Такие ячеистые структуры могут обладать свойствами, применимыми в различных областях науки и техники, начиная от оптики и акустики, заканчивая механикой и термодинамикой.

Одним из возможных применений метаматериалов является протезирование. Например, СПбПУ изготовил прототип тазобедренного сустава с градиентной ячеистой структурой со всеми свойствами, сопоставимыми с кортикальной и трабекулярной частями кости.

«Проектирование не только конфигураций изделий, но и свойств материалов, из которых изделия изготавливаются, является ключевым направлением развития аддитивных технологий», – отметил Анатолий Попович.

Далее спикер обратил внимание на традиционные материалы, известные из классического материаловедения, в которые аддитивные технологии вдохнули новую жизнь, – например, высокоазотистая аустенитная сталь и жаропрочные естественные композиты: «Для 3D-печати нужен качественный сферический порошок заданной структуры и с заданным химическим составом. Жаропрочные естественные композиты – одни из перспективнейших материалов».

Также в докладе был рассмотрен новый класс материалов – высокоэнтропийные сплавы. На данный момент в СПбПУ получены механически легированные высокоэнтропийные сплавы различного назначения AlCrFeNiSiTi, AlCrNbSiTi, CoCrFeNiMnW. Ведется разработка технологий сфероизации и компактирования полученных порошков.

Далее Анатолий Попович рассказал об особенности синтеза порошков из ультравысокотемпературной керамики и изготовлении керамических изделий при помощи аддитивных технологий: 3D-печати керамических изделий (кремний-оксикарбид) методом SLA из керамообразующих полимеров, 3D-печати керамических изделий (SIC/волокна SIC) методом струйного нанесения связующего (NASA).

Отдельно спикер остановился на синтезе интерметаллидных титановых сплавов при помощи аддитивных технологий, отметив технологию регулирования температуры рабочего стола во время и после 3D-печати: «Мы произвели термическую обработку. То есть в конце мы получили не просто выращенное изделие, а уже термообработанное изделие заданной структуры. Таким образом, мы создаем управляемую структуру уже в процессе 3D-печати. У нас есть оборудование, которое позволяет нам осуществлять нагрев на 1200 градусов не только снизу, управляя температурой и скоростью, но и сверху».

Последняя часть доклада была посвящена примерам исследований СПбПУ в области аддитивных технологий в авиации, космосе и медицине, 3D-печати порошковой проволокой – технологии, к которой рынок, по мнению докладчика, еще не вполне созрел, в то время как в СПбПУ работы по аддитивному электродуговому выращиванию с использованием проволоки ведутся с 2017 года.

После доклада состоялась сессия вопросов и ответов, по итогам которой участники круглого стола договорились о расширении кооперации специалистов в области аддитивных технологий и новых материалов, а также о необходимости более частого проведения подобных сессий, в том числе в очном формате – на площадках СПбПУ, Сколтеха, МИСиС или других.