Технологии — величина непостоянная. То, что вчера казалось фантастикой, завтра может выйти в тираж. Кажется, совсем недавно мир ахнул от возможности распечатать на 3D-принтере пластиковые тарелки, игрушки и даже дома, а сегодня ученые Белорусско-Российского университета уже открывают новые горизонты. В основе их разработок — «рецепты» металлических порошков, из которых можно создавать уникальные и очень прочные детали. Это — логическое продолжение исследований БРУ в области материаловедения, старт которому в конце семидесятых годов прошлого века дал профессор Федор Ловшенко. Кандидат технических наук, доцент Алексей Федосенко — в числе тех, кто вывел эксперименты наставника в область 3D-технологий. Инновационные разработки ученых БРУ можно использовать в самых разных сферах — от машиностроения до медицины и космической отрасли.
На основе классики
В науку Алексей Сергеевич пришел еще студентом. Одним из его первых шагов в деле изучения свойств металла стали исследования в области газотермического плазменного напыления. Вскоре спектр научных поисков сместился в сторону создания новых материалов. Отталкиваться было от чего: основоположником этого перспективного направления еще в советские годы в БРУ (тогда — Могилевском машиностроительном институте) стал профессор Федор Ловшенко. В университете собственными силами также создали специальное лабораторное и технологическое оборудование. В его числе, например, механореакторы — энергонапряженные вибрационные мельницы, высокостойкая инструментальная оснастка. В чем суть проводимых с их использованием экспериментов, пояснил Алексей Сергеевич:
— В емкость загружаются шары с высокой твердостью — например, из закаленной стали. И — засыпается композиция из стандартных металлических порошков. В процессе работы «мельницы» шары интенсивно ударяют по частицам порошка, которые в результате деформируются, измельчаются. А потом начинается стадия объединения образовавшихся мелких фрагментов композиции в более крупные конгломерированные частицы. Так получаются материалы с новыми свойствами. При переработке в изделия эти свойства во многом сохраняются.
Изучая все, что связано с данной темой, молодой ученый оценил ее перспективы для экономики страны. А еще — решил соединить с другой передовой технологией: 3D-печатью. Такой альянс позволяет создавать сложнейшие детали из уникальных по свойствам материалов.
К «исходникам» — особые требования
— Вот эти детали — как раз из перечня распечатанных на принтере, — Алексей Сергеевич демонстрирует внешне ничем не примечательные конструкции разного размера и назначения. И обращает внимание на то, что человеку со стороны просто незаметно: например, пористость материала. Возможность варьировать таким образом вес детали — тоже очевидный плюс.
Ученый уверен: новые подходы к работе с металлом в обозримом будущем потеснят старые. Правда, с заменой токарных станков принтерами придется немного подождать — пока что такая технология не из дешевых. Исходного материала для крупномасштабных изделий или их массового производства понадобится сотни килограммов, а в промышленных объемах в экспериментальных лабораториях университета его еще не производят. Собственно, и в малых партиях выпуск металлического порошка — тоже задача непростая.
— К исходному материалу для 3D-печати — особые требования. Одно из важнейших — хорошая сыпучесть. А достигнуть таковой можно в первую очередь правильной формой частиц — в идеале она должна быть сферической, — поделился Алексей Сергеевич.
Чтобы получить нужную форму, экспериментаторы подбирали технологические режимы и их соотношения, варьировали размеры частиц, просеивали порошок через сита, чтобы отделить самую «мелочь» — и это далеко не весь перечень необходимых операций. Через пару месяцев нужный баланс был найден. А в «печать» изделия из полученного материала запустили на современном большом принтере, которым оснащена лаборатория аддитивных технологий. В процессе задействовано и другое современное оборудование не так давно открытого нового учебного корпуса БРУ.
Удешевить технологию и нарастить объемы
— Расширение научной базы дало определенный толчок в нашей работе. Мы живем в такое время, когда без уникального технологического и исследовательского оборудования невозможно добиться заметных результатов, — отметил Федосенко.
Наряду с другими направлениями ученый и его коллеги работают и над совершенствованием технологии. В частности, в совместной научной работе Алексей Федосенко и студент 3-го курса машиностроительного факультета Андрей Балазечко внесли предложения по экономии расходов на изготовление порошков. Работа заняла второе место в открытом молодежном конкурсе технологических стартапов Белорусско-Российского университета, а полученный его авторами грант будет использован в дальнейших исследованиях в области производства порошков для 3D-печати.
— Сейчас завершаем подготовительный процесс и затем начнем активную фазу нового этапа исследований. Наша основная задача — добиться возможности получить достаточно крупные партии порошков, — рассказал Алексей Сергеевич.
Мир металла — удивительный. Только с виду железо, медь или никель кажутся цельными. Алексей Федосенко показывает, как выглядит в увеличенном масштабе «напечатанная» сталь — под микроскопом. Картина завораживает: рисунки структуры словно из иного мира.
В стоматологии и не только
Сколько таких соединений можно получить опытным путем, какие комбинации свойств? Пожалуй, бесконечное число. Но тем, уверен Андрей Балазечко, и интереснее. Студент увлекся поисками оптимальных «рецептов» металлических порошков настолько, что предпочел их IT, хотя его первое образование связано именно с этой сферой. Тем не менее полученные там знания пригодились и в нынешних исследованиях — без цифры современную науку трудно представить. В целом в БРУ материаловедение, сварку, наплавку и многое другое сегодня изучают с уклоном на аддитивные технологии. Разработки ученых университета в области нанесения покрытий активно используются на многих отечественных предприятиях — в химической, машиностроительной отраслях, автопроме. У аддитивных технологий тоже широкие перспективы.
— Они дают возможность не только улучшить свойства изделия, но и получить импортозамещающую продукцию. Применимы во многих областях — например, самолето- и ракетостроении, — уточнил Алексей Федосенко. — А также расширяют горизонты развития медицины.
Ученый не сомневается: порошковые технологии станут знаковыми для Беларуси и смогут решать сразу несколько задач, в том числе повышения эффективности производства, выпуска высококачественной продукции с уникальными характеристиками.