На Кавказе создали новый рецепт 3D-"чернил" для печати сложных деталей

Российские исследователи разработали новые «чернила» для 3D-печати функциональных деталей, которые могут применяться в космической отрасли, медицине и машиностроении. Материал позволяет изготавливать прочные изделия сложной формы, сохраняющие геометрию во время послойного нанесения и не подверженные деформации в процессе печати. Об этом сообщили в Кабардино-Балкарском государственном университете имени Х.М. Бербекова (КБГУ). Результаты работы опубликованы в журнале Polymers.

Разработка особенно важна для тех сфер, где к материалам предъявляются повышенные требования по надежности, точности и устойчивости к внешним воздействиям. В подобных случаях даже небольшое изменение формы детали может привести к снижению ее эффективности или полной непригодности.

В основе новых «чернил» лежит полимер ПЭЭК — полиэфирэфиркетон, который уже широко используется в промышленности и медицине. Из него изготавливают ручки медицинских инструментов, изоляционные элементы для электроники, детали обшивки самолетов и спутников, а также зубные протезы и черепные имплантаты. Популярность ПЭЭК объясняется его высокой стойкостью к экстремальным условиям, долговечностью и биосовместимостью, что делает его особенно востребованным в высокотехнологичных областях.

Кроме того, применение 3D-печати с такими материалами открывает возможности для более точного и быстрого изготовления индивидуальных изделий. Это может быть особенно полезно в медицине, где важна персонализация имплантатов и протезов, а также в космической и авиационной промышленности, где ценятся минимальный вес, прочность и надежность компонентов.

Современные высокотемпературные полимеры находят все более широкое применение в промышленности, медицине и авиационно-космической сфере, однако не каждый из них одинаково хорошо подходит для 3D-печати. По словам одного из авторов исследования, директора Центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ Азамата Жанситова, большинство существующих марок ПЭЭК изначально создавались для литья под давлением и экструзии.

При послойном выращивании изделий из такого материала возникают серьезные технологические проблемы: ПЭЭК слишком быстро затвердевает, кристаллизуется и дает усадку, из-за чего детали коробятся и теряют геометрическую точность. Кроме того, в процессе печати ухудшается сцепление между слоями, а это напрямую снижает прочность готового изделия и ограничивает его практическое применение.

Именно поэтому ученые КБГУ предложили новый подход к модификации материала. Они разработали полимеры на основе ПЭЭК с добавлением 4,4′-дихлордифенилсульфона — вещества, которое замедляет кристаллизацию и делает процесс застывания более контролируемым. Благодаря этому уменьшается риск деформации, а напечатанные изделия получаются более стабильными по форме и качеству.

Такая разработка особенно важна для аддитивных технологий, где ключевую роль играют точность, прочность и устойчивость материала к высоким температурам. Новые композиции на основе ПЭЭК могут стать перспективным решением для создания сложных функциональных деталей, которые должны сохранять свойства даже в экстремальных условиях эксплуатации.

Чтобы лучше понять этот процесс, можно представить себе сборы в поездку: если бы все вещи в дорожной сумке были одинаковыми по размеру, их можно было бы аккуратно и быстро разложить. Но на практике приходится укладывать и обувь, и одежду, и технику, и мелкие аксессуары, поэтому порядок выстраивается дольше и требует больше усилий. Именно так ведет себя и ПЭЭК в полимерной системе: в цепи полимера были введены более жесткие фрагменты разной длины и формы, из-за чего молекулам стало труднее выстраиваться в упорядоченную кристаллическую структуру. В результате материал кристаллизуется медленнее, а у напечатанного слоя появляется больше времени, чтобы надежно сцепиться со следующим. По словам Жанситова, такое изменение структуры позволяет точнее управлять свойствами материала и улучшать поведение полимера в процессе печати.

Разработка новых сополимеров открывает заметные перспективы для совершенствования процессов 3D-печати и расширения областей их применения. Такие материалы способны сделать аддитивное производство более стабильным и технологичным, особенно там, где требуется высокая повторяемость и точность. В перспективе подобные сополимеры могут снизить требования к поддержанию исключительно узкого температурного режима при печати, повысить геометрическую точность деталей и уменьшить количество брака, сообщили в КБГУ. Это особенно важно для промышленного производства, где даже незначительные отклонения параметров нередко приводят к потерям времени, сырья и снижению качества готовых изделий. Нынешние результаты были получены на лабораторном уровне и изучены в Центре прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ. По словам специалистов, такие исследования позволяют оценить поведение материала в контролируемых условиях и определить направления для его дальнейшей доработки. В дальнейшем ученые намерены перейти от лабораторных образцов к созданию специализированных марок материала, рассчитанных на конкретные аддитивные технологии и условия эксплуатации. Это позволит адаптировать сополимеры под практические задачи и сделать их более востребованными в реальном производстве.

Исследование было проведено при финансовой поддержке Российского научного фонда, что позволило реализовать поставленные научные задачи в полном объеме. Полученная поддержка сыграла важную роль в организации и проведении работы, а также в обработке и анализе результатов. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 25-23-20234). Выражаем признательность за содействие, без которого выполнение данного исследования было бы значительно затруднено.

Источник и фото - ria.ru