Ученые СО РАН разработали уникальную для России технологию 3D-печати металлов из газовой фазы

Новосибирск, 8 ноя - ИА Neftegaz.RU. Коллектив ученых из Института теплофизики Сибирского отделения РАН разработал прототип технологии сверхточной 3D-печати металлов из газовой фазы, ранее не использовавшейся в России. Данная разработка может найти применение в космической отрасли, медицине и микроэлектронике.
Об этом сообщил один из авторов проекта А. Мелешкин.

Технологии сверхточной 3D-печати металлов из газовой фазы

Эта технология - принципиально иной подход к аддитивному производству металлических изделий в отличие от распространённых методов (SLM, DMLS, EBM). Здесь исходным материалом служит не металлический порошок, а газообразное металлическое вещество. В результате происходит контролируемое осаждение металла из газовой фазы в заданную точку пространства.
Технология:

• металл переводится в газовую фазу путём испарения или сублимации;
• пары металла подаются в рабочую камеру, где сфокусированный лазерный луч локально нагревает подложку или предыдущий слой;
• в зоне воздействия лазера пары металла конденсируются, образуя твёрдый металлический участок;
• перемещение лазера по заданной траектории обеспечивает формирование слоя за слоем трёхмерное изделие.

Разрешающая способность и точность печати определяется диаметром лазерного пятна.

Оборудование:

• Испарительная камера с нагревателем или лазерным испарением мишени.
• Газовые прекурсоры - химические соединения, разлагающиеся с выделением металлического пара.
• Маломощный лазер для локального осаждения.
• Вакуумная или инертная атмосфера - предотвращает окисление паров и осаждённого металла.
• Подвижная платформа - для послойного построения изделия.

А. Мелешкин пояснил, что существующие методы 3D-печати основаны на спекании металлического порошка лазером, что накладывает ограничения по точности и геометрии, поскольку для сложных изделий требуются более мелкие и дорогостоящие гранулы. Новая технология актуальна для изготовления малых турбин, элементов из тугоплавких металлов в аэрокосмической отрасли, а также для компонентов микроэлектроники.
Сибирские ученые уже получили первые опытные образцы из меди. Для этого процесса используется маломощный лазер мощностью 3 Вт и газовые прекурсоры.

Преимущества новой технологии

Нет гранул и порошков. Нет проблем с хранением, дозировкой и равномерностью распределения металлического порошка.
Контроль через диаметр лазерного пятна позволяет создавать мельчайшие элементы. Можно испарять и осаждать материалы с очень высокими температурами плавления. Плотное осаждение атомов даёт однородную структуру без остаточных пор. Нет ограничений, связанных с сыпучестью порошка и необходимостью поддерживающих структур.

С помощью новой технологии можно изготовить малые турбины, элементы двигателей из тугоплавких сплавов, тонкоплёночные проводники, межсоединения, миниатюрные компоненты, биосовместимые имплантаты сложной формы, микроинструменты, наноструктуры, метаматериалы, сенсоры, прецизионные элементы.
Конечно, нужно еще поработать над снижением энергозатрат на испарение металлов, упростить управление процессом конденсации в газовой фазе и тд. Пока главная проблема - ограниченная производительность по сравнению с порошковыми методами при крупносерийном производстве.

Ученые думают о создании специализированного принтера для печати из газовой фазы.
Разработка получила признание, войдя в число победителей акселерационной программы для начинающих предпринимателей и технологических стартапов А:Старт, которую проводит бизнес-инкубатор новосибирского Академпарка.

Создатели технологии также получили письма поддержки от таких крупных корпораций как Роскосмос и Росатом.


Автор: А. Шевченко