Марат Лернер: «РНФ делает благое дело, поддерживая молодых ученых»

Марат Израилевич, область ваших интересов — аддитивные технологии. Почему вы заинтересовались этой темой?

Тот факт, что возник проект, связанный с принтингом, я бы не назвал закономерностью: дело в том, что наша группа всегда занималась нанопорошками. Раньше ученые делали прогнозы, что мир будущего — это мир нано. Но оказалось все не так. Сегодня нанотехнологии применяются очень узко и в относительно немногих областях. Мы начали работу с того, что двинулись в сторону синтеза нанопорошков при помощи электровзрывной технологии. Когда освоили синтез самых разных систем — химических соединений, металлов, сплавов, разного рода частиц — возник закономерный вопрос: «Что с ними делать?» Начали искать им применение — и нашли. Сейчас аддитивные технологии для нас — это один из прикладных вариантов наших исследований в области нанопорошков.

На ваш взгляд, почему именно Томск стал одним из центров внедрения аддитивных технологий в стране?

В основе нашего проекта лежит электровзрывная технология получения нано- и микрочастиц металлов. Ее начали разрабатывать в Томске еще в советское время. Тогда в городе существовала очень мощная группа электрофизиков во главе с член-корреспондентом РАН Юрием Александровичем Котовым и академиком Геннадием Андреевичем Месяцем. У них была сильная школа электрофизики — целый НИИ высоких напряжений при политехническом институте. Так что в Томске было кому заниматься этой тематикой. Если копнуть еще глубже, научная школа началась с ректора ТПИ*, профессора Александра Акимовича Воробьева. Он высказал идею, что землетрясения — это не что иное как подземные грозы. Постепенно вокруг этих идей и начала формироваться школа. Я же присоединился к тематике электровзрывных технологий в 1980-е годы, когда попал в НИИ высоких напряжений.

Как вы оцениваете уровень развития аддитивных технологий в России?

В области аддитивных технологий мы не впереди планеты всей. Но и не позади. Проблема в том, что в России довольно поздно начали заниматься печатью металлами. Насколько мне известно, у нас в стране принтеры сделали «РусАТ»* и наш институт. Компания «РусАТ» изготовила лазерный принтер, а ИФПМ** — электронно-лучевой. Я говорю именно о печати металлом. Установки для полимеров сегодня не делает только ленивый, а вот машины для металла очень сложные и очень дорогие. Вообще говоря, у нас особо никто и не стремился делать оборудование. А зачем? Ездим же мы на иномарках. Так и здесь: исследователи работали на зарубежном оборудовании, приспосабливая его под свои порошки. Если мне память не изменяет, сегодня в стране есть около 300 различных принтеров, которые под свои задачи купили предприятия или научно-исследовательские институты. В целом в этой сфере мы находимся в роли догоняющего. Хорошо ли, плохо ли догоняем — это уже второй вопрос. 

Расскажите подробнее о технологии печати металлом, металлокерамикой и композиционными материалами. В чем ее особенность и преимущества?

Сегодня к 3D-печати металлами есть большой интерес, поскольку она позволяет получать цельные конструкции, которые другими способами просто невозможно сделать. Это первое преимущество. Второе — кастомизация. На принтере можно напечатать индивидуальные детали, подходящие для конкретного случая — протезы или импланты, например. Все остальные разговоры про безотходность и экономичность, на мой взгляд, — только слова. На самом деле эти методы не особо-то экономичны и не особо безотходны. Как правило, считают только сами технологии, однако не учитывают, сколько надо руды добыть. Да, при 3D-печати нет стружки, но пока вы сделаете порошок, этой стружки столько получится!

3D принтер формирует деталь. Источник: лаборатория высокоэнергетических и специальных материалов ТГУ

Третье преимущество аддитивных технологий — это возможность разрабатывать дизайн материала. Нужна металлокерамика? Пожалуйста — включаем в композицию керамические частицы. Например, сейчас мы печатаем порошком карбида вольфрама. Это один из самых твердых керамических материалов в мире, из которого делают резцы для обрабатывающей промышленности. Иногда это детали очень сложной формы, с внутренними полостями. Как их сделать? Можно напечатать! При этом стандартное производство как существовало, так и будет дальше существовать. Когда-то говорили, что скоро аддитивные технологии заменят все станки на заводах. Нет, конечно. 3D-принтинг необходим для выпуска именно небольших партий сложных и кастомизированных деталей. Такое будущее аддитивных технологий, на мой взгляд.

 

Впрочем, загадывать сложно. Есть сколько угодно примеров, когда прогнозисты говорили одно, а через несколько лет все шло по-другому. Но все же я думаю, что аддитивные технологии не станут прямым производственным процессом. Просто нет смысла штамповать на 3D-принтере тысячи изделий. Во-первых, они недешевые. Во-вторых, печать — это довольно медленный процесс. Несколько часов уходит на саму печать, затем деталь должна 12 часов провести в растворителе и еще столько же в специальной печи. Да, можно поставить тысячу принтеров, но зачем? Сегодня множество узлов успешно делают при помощи механической обработки. Аддитивные же технологии нужны там, где требуется создать что-то сложное.

С чего стартовал ваш проект?

Мы начали даже не с принтинга, а с так называемых PIM-технологий*. Мне попалась на глаза статья, в которой говорилось о проблемах инжекционного литья. Среди них упоминалась высокая вязкость полимерметаллического порошка. Когда полимер начинают наполнять металлическим порошком, то даже в расплавленном состоянии его текучесть резко падает. Для того, чтобы загнать эту композицию в сложные пресс-формы, нужны очень высокие давления. Как же решить эту проблему? До этого мы выполняли работу, связанную со сложными пиротехническими составами, и заметили: когда в композиции есть микропорошки, она течет, но не очень хорошо. Когда есть нанопорошки, то композиция практически не течет. Попробовали сделать определенную смесь из нано- и микропорошков — все потекло. Тогда мы подготовили для инжекционного литья микронанокомпозицию из самой тривиальной стали марки 316L, ввели ее в полимер и обнаружили, что она течет, — все прекрасно.

К тому времени я уже знал об аддитивных технологиях и о методе печати высоконаполненными полимерами. Проблема этих композиций заключалась в их относительно невысокой текучести. Используя свой опыт, мы сделали следующий шаг. Для филамента** создали гранулы, заполненные порошком приблизительно на 93–95 % от массы. При приложении температур полимер плавится, и композиции текут. Вот вам и научное направление. Важно отметить, что в проекте используются разработанные нами способы получения порошков и фидстоков. Так называют смесь порошков и полимера. Все остальное — это хорошо известные технологические приемы. Сейчас мы создаем материалы и отлаживаем методы печати, а года через два в стране появится полный цикл аддитивного производства, построенный на отечественных разработках.

Наверняка подобные исследования ведут ученые других стран. В чем уникальность вашей технологии?

Разработки идут и за рубежом, безусловно. По той информации, которая у меня есть, сегодня мы единственные используем композиции нано- и микропорошков для обеспечения текучести фидстоков. В PIM-технологиях, кстати, такие сочетания используются, а в 3D-принтинге — нет. Здесь мы первые. Второе отличие заключается в том, что у нас есть достаточно оригинальная технология синтеза композиций нано- и микрочастиц. Казалось бы, что сложного: возьми нанопорошки, возьми микропорошки и смешай. Но смешивание «нано» и «микро» — отдельная большая научная проблема. Они очень плохо смешиваются. А если это разные материалы, такие как вольфрам и медь? Представляете, насколько разная у них плотность? Наша технология позволяет получать порошок в одном процессе, взрывая мощным импульсом проволоку из вольфрама и меди. То есть эта смесь гомогенна изначально. Изменяя параметры синтеза, мы регулируем фракционный состав композиции — слегка больше «нано» или чуть больше «микро».

Главный специалист Николай Родкевич проводит анализ смесей нано- и микрочастиц. Источник: лаборатория высокоэнергетических и специальных материалов ТГУ

Благодаря тому, что в наших руках есть собственный метод синтеза, мы в некотором смысле имеем большую степень свободы, чем любая другая аддитивная технология. Дело в том, что 3D-принтинг начинается с сырья — порошков. Их производство — это отдельный бизнес. Каждый производитель принтера рекомендует определенные композиции, которые можно использовать. То есть покупатель не может взять для печати любой набор металлов: если он уйдет в сторону, то лишится гарантийной поддержки оборудования. Разработанная же нами технология позволяет получать порошки из любого материала, который существует в виде проволоки. Это наша изюминка.

Сегодня мы в лаборатории печатаем порошками вольфрам—медь, титан—алюминий, карбид вольфрама—кобальт. Все это большая экзотика для обычных аддитивных технологий. Наша группа пошла на такой шаг сознательно, потому что данные смеси наиболее сложны для печатания обычными 3D-принтерами. И мы не собираемся на этом останавливаться. Мы научились синтезировать композиции, содержащие пять элементов. Это открывает большие перспективы.

Какие именно перспективы? Что дает сочетание нескольких компонентов?

Добавки улучшают свойства конечного материала. Когда мы начали «баловаться» этим процессом, то поняли, что можем не только получать сложные детали — мы можем создавать дизайн материала, компонуя различные порошки. То есть фактически разрабатывать сырье под конкретное изделие, придавая ему нужные механические, магнитные, электрические и другие свойства. Это и была идея нашего проекта — создать способ печати из тех материалов, которые практически недоступны 3D-принтингу.

Это будет действующая технология? Или итогом научного проекта станут статьи в солидных журналах?

Да, это будет готовая технология. После некоторой доработки — все-таки мы научная лаборатория, а не проектный институт, — ее можно будет внедрять в производство. Я в этом уверен. Наш коллектив никогда не останавливался на чистой науке. В бэкграунде группы имеются фильтры для высокоскоростной очистки воды от органических загрязнений. Выпускаются раневые повязки с использованием наноразмерных систем. Также мы изобрели прибор для дробления камней в желчных протоках. Если есть шанс довести идею до товара, предмета — мы всегда это делаем. Конечно же, это возможно и в случае с аддитивными технологиями. На выходе мы получим не просто исследование каких-то фундаментальных вещей, а полный цикл 3D-печати: получение порошка, печать, дебендинг*, спекание.

Какая будет производительность оборудования?

Сейчас об этом еще рано говорить. Скажу лишь, что скорость печати будет такая же, как у стандартного полимерного принтера. В использовании обычных 3D-установок заключается одно из главных преимуществ нашей разработки. Благодаря этому стоимость технологии будет ниже. Например, сейчас мы печатаем на машине, которую купили за 100 тысяч рублей, а весь комплекс оборудования обойдется покупателю примерно в 10 миллионов рублей. Плюс у нас не болит голова о порошках. Плюс большое разнообразие металлических материалов.

Проявляют ли отечественные предприятия интерес к 3D-печати металлом?

Промышленность, в принципе, интересуется нашими разработками. Мы разговариваем с очень крупными корпорациями из оборонной промышленности и авиакосмической отрасли, но пока они ведут переговоры очень осторожно. Аддитивные технологии рационально применять там, где изделия экономически выгоднее печатать, а не вытачивать. Например, это могут быть обрабатывающие инструменты, электроды и оснастка сложной формы. Сейчас в России с помощью 3D-принтинга пробуют делать металлические детали с внутренними полостями — лопасти турбин, сопла ракетных двигателей, шар-баллоны. А еще печать металлом освоили ювелиры. Правда, не в нашей стране: я лично видел в Израиле заковыристые дизайнерские украшения.

 

Аспирант Константин Сулиз управляет работой установки по получению порошков. Источник: лаборатория высокоэнергетических и специальных материалов ТГУ

Сейчас сложно говорить о практическом применении наших разработок, поскольку идет только второй год проекта. Мы изучаем вопросы создания композиций и печати фидстоков. В рамках исследования изделия будем выбирать произвольно. Например, из карбида вольфрама напечатаем резцы: их можно испытать на предприятиях и получить отзывы. Титан-алюминий — это авиация. Будем делать из него лопаточки и балочки, которые можно погнуть, порвать, посмотреть. Из вольфрам-меди напечатаем электроды и тоже отдадим на производство, чтобы проверить детали в деле. Как и в любом научном исследовании, нам тяжело оставаться в заданных рамках. Хочется все попробовать. Тем более, что Российский научный фонд поддерживает это удовлетворение научного любопытства. Думаю, что на фоне последних событий востребованность научных разработок в нашей стране будет высока. Многие вещи мы брали на Западе. Сейчас зарубежные технологии становятся недоступными, значит, будут востребованы отечественные исследования.

Любой научный проект — это в какой-то степени творческий процесс, а он часто норовит пойти своей дорогой. Все ли в вашем проекте идет так, как задумано?

Да, в целом все идет по плану. Трудности, конечно, случаются: мы живем в такой стране, где без них прожить невозможно. Но мы все преодолеваем. Было бы страшно, если бы возникли принципиальные научные проблемы, которые невозможно решить, так как физику не обманешь. Но таких проблем не возникает. Сложности скорее организационные — нет нужного оборудования, долго проходит оплата приборов. Не скажу, что это гладкая дорога, по которой мы шагаем радостно улыбаясь. Это научное исследование. Если что-то пошло не так — разбираемся и выявляем причины.

Вообще одна из самых острых проблем науки — это люди. Мы не молодеем, и для планомерного развития направления нужно формировать кадровый резерв из ученых, которые займут наше место. В этом смысле Российский научный фонд совершает благое дело. Его поддержка дает возможность поднять зарплату молодым исследователям до приемлемого уровня. Соответственно, мы можем приглашать к себе способных людей, растить их и воспитывать. Не все, конечно, задерживаются. В группе остаются те, для кого наука — образ жизни. Это люди с определенным мировоззрением. У человека должен быть какой-то выверт мозга, чтобы заниматься наукой. Нужно иметь данные и призвание — тогда будешь успешен.

Еще одна заслуга фонда заключается в том, что его гранты позволяют исследователям покупать для проекта необходимые материалы, комплектующие и приборы. Я в научной среде уже более тридцати лет и могу сравнивать. Когда начали появляться организации, подобные Российскому научному фонду, в нашей стране начался расцвет науки.

Источник

Другие материалы:

 

Внимание!
Принимаем к размещению новости, статьи или пресс-релизы
со ссылками и изображениями. info@additiv-tech.ru