Впервые в России специалисты Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (ПИШ СПбПУ) разработали опытно-промышленную технологию изготовления филаментов (расходный материал в виде нити, используемый для 3D-печати) из непрерывного углеродного волокна на основе термопластов. Филамент обладает уникальными по сравнению с другими применяемыми в 3D-печати материалами физико-механическими свойствами и применяется, в первую очередь, в ракетно-космической и авиационной отрасли, а также в двигателестроении. Разработка осуществлялась по заказу Композитного дивизиона ГК «Росатом».
Углеродное волокно обладает высокой прочностью и жесткостью и при этом является очень легким материалом. Это позволяет использовать его для создания прочных и легких деталей, которые могут выдерживать большие нагрузки. В то же время углеродное волокно устойчиво к высоким температурам или химическим воздействиям. Филаменты из непрерывного углеродного волокна и высокотемпературного полимера группы полиарилкетонов применяют для 3D печати в специальных принтерах по технологии послойного наплавления (FDM и FFF).
Композиционные материалы (в том числе, филаменты) из непрерывного углеродного волокна в настоящее время производят несколько стран: США, Швейцария и Китай. Данный материал из-за специфики сферы его использования является стратегическим и практически не экспортируется. Сотрудники ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» впервые в России разработали не только технологию изготовления филаментов из непрерывного углеродного волокна на основе термопластов, но и изготовили лабораторную установку для его производства производительностью 500 метров филамента в час. Эта установка была введена в эксплуатацию осенью 2023 года на территории Композитного дивизиона Росатома и сейчас используется для получения опытных партий материалов.
- «Более 10 лет наша команда занимается разработкой технологий пропитки углеродных волокон термопластичными полимерами из группы полиарилэфиркетонов. Для нас очень важно, что результаты нашего кропотливого труда в ближайшее время будут внедрены в промышленное производство. Решение задачи производства отечественных филаментов из данного материала – это еще один шаг пути достижения технологического суверенитета для нашей страны»,
– прокомментировал значение проделанной работы канд. техн. наук, заведующий лабораторией «Полимерные композиционные материалы» ПИШ СПбПУ Илья Кобыхно.
В основе производства филаментов из непрерывного углеродного волокна и высокотемпературных полимеров лежит технология суспензионной пропитки. Данный подход обеспечивает получение однонаправленных термопластичных препрегов (пропитанных полимером углеродных волокон) с наименьшими повреждениями волокна и равномерным распределением полимера по всему сечению, что наиболее важно для решения задач, связанных с обеспечением максимальных прочностных свойств.
- «Разработка собственной технологии производства композитов из непрерывного углеродного волокна на основе термопластов – очень важная в стратегическом плане задача. Россия – одна из немногих стран, которая производит двигатели. И применение столь качественного по своим свойствам материала, мы уверены, в первую очередь, будет особенно востребовано в отечественном двигателестроении для производства двигателей нового поколения»,
– прокомментировал потенциал разработки Директор проекта «Термопласты» Композитного дивизиона Росатома – Антон Шумаков.
В настоящее время специалисты Передовой инженерной школы СПбПУ разрабатывают технологию и опытно-промышленную установку по производству филамента производительностью 12 000 метров в час. Опытно-промышленная установка обеспечит возможность одновременного изготовления из непрерывного углеродного волокна 40 филаментов, в настоящее время идет процесс изготовления и отладки режимов работы модулей и узлов установки. Планируется, что летом 2024 года опытно-промышленная линия будет введена в эксплуатацию на производственной площадке Композитного дивизиона Росатома.
НИОКР выполнялся в рамках приоритетного направления «Материалы и технологии» Единого отраслевого тематического плана госкорпорации Росатом.
Материал, посвященный разработке ПИШ СПбПУ, опубликован на порталах: