Первый в мире принтер, позволяющий печатать керамическим материалом, разработали российские учёные из Томского Государственного Университета (ТГУ). Такой материал по своим свойствам составит конкуренцию высоколегированным сталям, цветным металлам и твёрдым сплавам.

Новая технология позволит получать трёхмерные 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 твёрдость, которые определяют их применение, – рассказывает научный сотрудник ТГУ Владимир Промахов. – Однако существует проблема с изготовлением из керамики изделий сложной формы, именно поэтому они не получают широкого распространения.

До сих пор основным методом изготовления было литьё под давлением, которое не позволяло получить керамические изделия сложной конфигурации, отмечает Промахов. Есть 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 учёный. С его помощью можно будет изготавливать объёмные изделия, например, полые сферы, структуры в виде сот, что невозможно получить методом обычного литья. Также в принтер будет заложена возможность непрерывной печати.

Кроме того, учёные не только отрабатывают технологию печати изделий, но и синтезируют для неё свой исходный материал. В частности, методом "твёрдого пламени" — самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, основанного на экзотермической реакции горения, учёные 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 Промахов. – После послойного наплавления в опредёленных технологических режимах мы получаем полуфабрикаты, которые спекаем для синтеза твёрдых изделий с заданными свойствами и формой.

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

Промахов подчеркнул, что на разработанный в ТГУ способ получения трёхмерных керамических изделий с помощью 3D-принтера получено положительное решение о выдаче патента.

В рамках проекта, поддержанного грантом РФФИ, исследователи планируют адаптировать технологию для широкого спектра керамик.

Евгения Ефимова