Принтер для композита: в России создали прорывную технологию 3D-печати

Он позволит выпускать углепластиковые детали любой формы и устранит их типовые недостатки

Российские разработчики предложили уникальную технологию 3D-печати, которая позволяет создавать композитные детали любой формы. При их производстве будут минимизированы потери прочности, характерные для традиционных способов изготовления. До конца 2018 года прототипы новых устройств начнут использоваться такими компаниями как BMW и Airbus, а начало их внедрения в серийное производство ожидается уже через пару лет.

Несмотря на выдающиеся характеристики композитных материалов, многие промышленные компании не торопятся их внедрять. Современные углепластики в процессе создания из них конечных изделий могут терять часть своих свойств. Это связано с одной из главных особенностей композитов, которая заключается в том, что они способны сопротивляться нагрузкам только в одном направлении — вдоль укладки углеродных волокон (обладают анизотропией), что вынуждает производителей мириться с потерей прочности конечных изделий ради универсальности их механических характеристик. Однако российские разработчики придумали, как обратить неудобную особенность материала на пользу.

Новый российский 3D-принтер, созданный разработчиками компании «Анизопринт», способен управлять траекторией укладки углеродных волокон в каждой точке изделия. Благодаря этому специалистам удается добавить прочности там, где это критически важно.  

Кроме того, новое оборудование должно избавить производителей композитов от необходимости сверлить в них отверстия для последующего монтажа деталей. Это также значительно снижает прочность и может приводить к возникновению значительных осложнений (в частности, появление такой проблемы с деталями фюзеляжа самолета Boeing 787 Dreamliner замедлило его выход на рынок на несколько лет).

— Вместо того чтобы положить слои волокон в разных направлениях, а затем просверлить в этом массиве дырку, которая будет разрушать его структуру, с помощью нашего принтера мы можем пустить армирующие нити в обход отверстия, подобно тому как древесные волокна проходят в обход сучка, — рассказал генеральный директор компании «Анизопринт» Федор Антонов. — Поэтому наши материалы чем-то напоминают природные объекты, созданные из синтетических составляющих.

В конечном итоге такая оптимизация структуры позволяет создавать изделия, которые при сопоставимом размере в два раза прочнее и в два раза легче алюминия. Это открывает огромные перспективы для использования композитной 3D-печати в авиации и других областях, требующих максимального снижения веса деталей при сохранении их жесткости.

По мнению профессора кафедры цветных металлов и золота НИТУ «МИСиС» Александра Громова, высокая прочность и низкая масса действительно очень важны для материалов. Однако для полноценного сравнения новых композитов с металлами еще потребуется множество испытаний, которые должны показать такие их свойства, как стойкость истиранию, усталостным нагрузкам и воздействию химических веществ.

— Вместе с тем сегодня мы можем говорить о том, что российские специалисты решили главную задачу — подобрали рецептуру исходных материалов, необходимую для того, чтобы поместить углеродное волокно в пластик в процессе 3D-печати. Это является значимым результатом, поскольку с помощью аддитивных технологий можно создать детали такой формы, которой невозможно добиться при литье, — добавил Александр Громов.

Вместе с тем, по мнению других экспертов, у предложенного «Анизопринтом» способа 3D-печати есть и свои недостатки.

— В новом принтере вплавление углеволокна в пластик происходит внутри каждого слоя детали, что увеличивает их внутреннюю стойкость к механическим воздействиям. Однако эти слои укладываются параллельно друг другу и скрепляются только связующим полимером, прочность которого ограничена, — пояснил директор инновационной компании «СтереоТек» Артем Авдеев. — Улучшить механическую стойкость можно переплетая слои композита внутри деталей, делая структуру материала объемной — это позволит еще дальше продвинуться в процессе улучшения механических характеристик изделий и расширить их применяемость.

В настоящее время опытные версии новых принтеров уже вышли на рынок. В частности, первые образцы техники работают в исследовательском центре автомобильной компании BMW, Мюнхенском техническом университете и Центральном научно-исследовательском институте специального машиностроения (специализируется на создании ракетной техники). Кроме того, до конца 2018 года российский композитный принтер начнет эксплуатироваться компанией Airbus.

Первую версию принтера для полноценного серийного производства российские разработчики собираются сделать через два года.