В ТГУ разработали первый в мире метод 3D-печати высокопрочной керамики

Ученые ТГУ разработали не имеющий аналогов 3D-принтер, который позволяет печатать из керамики, конкурирующей по своим свойствам с высоколегированными сталями, цветными металлами и твердыми сплавами. Сейчас ученые завершают отработку технологии, благодаря которой можно будет получать трехмерные изделия с широким спектром применения в энергетике и радиоэлектронике, машиностроении, химической и нефтегазовой промышленности, оборонном секторе.

– Керамики занимают особое место среди новых материалов, в силу особенностей структуры они имеют различные параметры теплопроводности, высокую прочность и твердость, которые определяют их применение, – говорит научный сотрудник университета Владимир Промахов. – Однако существует проблема с изготовлением из керамики изделий сложной формы, именно поэтому они не получают широкого распространения.



По его словам, до сих пор основным методом было литье под давлением, которое не позволяло получить керамические изделия сложной конфигурации. В настоящее время существуют методы 3D-печати изделий сложной геометрии, но они позволяют получать лишь пористые изделия с остатками клеящих веществ и низкой прочностью.

– Наш 3D-принтер – первый в мире, который может печатать керамику такого класса: монолитную по своей структуре, сложной конфигурации, с точностью печати до десятков микрон, – поясняет Владимир Промахов. – С его помощью можно будет изготавливать объемные изделия, например полые сферы, сотовые структуры, что невозможно получить методом обычного литья. Также в принтер будет заложена возможность непрерывной печати.



Преимуществом работы ученых ТГУ является комплексность: они не только отрабатывают технологию печати изделий, но и синтезируют для нее материал.

В частности, методом «твердого пламени» – самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, основанным на экзотермической реакции горения, ученые получают керамические порошки (карбиды, нитриды и бориды металлов).



– Далее мы изготавливаем из порошков суспензии, которые при особой температуре принимают консистенцию сметаны, то есть пригодны для использования в качестве сырья для 3D-принтера, – объясняет ученый. – После послойного наплавления (3D-печати) в определенных технологических режимах мы получаем полуфабрикаты, которые спекаем для синтеза твердых изделий с заданными свойствами и формой.

Полученные изделия могут применяться в качестве защитных панелей космических устройств, отдельных деталей двигательных установок, подложек микросхем и др.

Владимир Промахов подчеркнул, что на разработанный в ТГУ способ получения трехмерных керамических изделий с помощью 3D-принтера получено положительное решение о выдаче патента. В рамках проекта, поддержанного грантом РФФИ, научный коллектив из сотрудников лаборатории высокоэнергетических систем и новых технологий и лаборатории высокоэнергетических и специальных материалов планируют адаптировать технологию для широкого спектра керамик.