Сегодня мы продолжаем рассказ Владимира Промахова, кандидата технических наук, заместителя директора НОЦ «Аддитивные технологии», о работе с аддитивными технологиями. В прошлый раз мы обсуждали разработки для металлургии, позволившие ТГУ выйти на лидирующие позиции в Шанхайском глобальном рейтинге по этому направлению.
– В новостных выпусках на сайте ТГУ не раз появлялась информация о вашей работе с керамикой. Один из выпусков нашего блога был посвящён технологиям создания имплантатов из никелида титана и нам показалось, что керамика – это такой… вполне традиционный материал.
– Действительно, с точки зрения фундаментальной науки он изучен достаточно хорошо. Но мы начали применять в работе с ним новые технологии. В частности, появился ряд проектов, посвященных аддитивной технологии для керамики. Одним из результатов нашей работы с ней стало создание 3D-принтера, печатающего керамикой, а также разработка методов, позволяющих получать из порошков суспензии для печати.
– Как можно что-то печатать из керамики? Насколько мы знаем, она же не плавится?
– Это так. Сплавить лазером керамику нельзя. Однако получать керамические изделия с помощью печати возможно, используя суспензии: смесь керамического порошка с термопластичными и другими добавками. Порошок плавает в некой массе, эта масса послойно наносится, затем всё это помещается в печь, связующая масса выгорает, а керамика спекается при высокой температуре. К сожалению, такой метод аддитивного производства керамических изделий даёт плохое качество поверхности: здесь используется сопло диаметром 0,5 мм (меньше нельзя, оно будет забиваться) и получается низкое разрешение печати. Это можно сравнить с пикселями в фотографии: чем крупнее пиксели, тем более зернисто и менее качественно изображение. Поверхность изделия становится ребристой, что недопустимо при внедрении в промышленное производство. При этом нужно понимать, что после спекания керамику обработать ничем нельзя, ведь её твёрдость выше, чем у алмазного инструмента.
– Как можно решить эту проблему?
– Существует еще один метод получения керамики с применением аддитивных технологий, когда керамический порошок смешивается не с термопластичным, а с фотополимерным 
связующим, отвердевающим при воздействии лазерного излучения. В этом случае диаметр лазерного пучка составляет 30-50 микрон (сотые доли миллиметра) и поверхность получается менее зернистой. Этот метод повышает точность печати, позволяя создавать более сложные конструкции. Когда мы подошли к финалу своей работы над этим методом, наши коллеги в Европе, занимавшиеся этими же вопросами, стали выпускать принтеры, печатающие таким образом. Несмотря на то, что стоят они достаточно дорого и сегодня (30-50 млн рублей), создавать такую же машинку нам, с точки зрения науки, нет никакого смысла. А вот работать над новыми составами, которые могут использоваться в такой машинке, действительно интересно и перспективно. Именно этим мы сейчас и занимаемся в направлении аддитивных технологий.
Параллельным проектом, связанным с керамикой, стала её обработка на токарном станке, управляемом роботом. Мы уже знаем, что после запекания керамику нельзя ничем обработать. Очень долго мы искали варианты, как из неё можно получать изделия сложной формы на станках и разработали технологию предварительного отжига, когда керамика ещё не имеет высокой твёрдости, но уже не рассыпается в руках. Её можно зафиксировать в станке, специальным высокотвёрдым инструментом обработать, спечь и получить керамический элемент отличного качества. Таким способом невозможно производить очень крупные или очень мелкие части. Эта технология хорошо подходит для изготовления штифтов и имплантатов среднего размера. Производство таких элементов на 3D-принтере чересчур дорого и малопродуктивно, а на токарном станке их можно выпускать в количестве 10 000 штук в месяц. Они получаются очень дешёвыми.
– Такое производство уже существует?
– Пока нет, но оно будет запущено в будущем, после организации клинических испытаний, в одной из томских компаний, входящих в пул малых инновационных предприятий вокруг ТГУ. В ближайшем будущем на рынок выйдут керамические диски-заготовки для изготовления зубных протезов (коронок), которые не будут иметь аналогов на российском рынке ни по качеству (его обеспечивает японский порошковый материал), ни по цене (на данный момент существуют только зарубежные, более дорогостоящие аналоги).
Редакция блога