В Сколтехе запатентовано принципиально новое "слоистое" композитное волокно для 3D-печати

Группа исследователей Сколтеха получила патент на прочное структурное композитное волокно для 3D-принтеров, использующих моделирование методом послойного наплавления (FDM) − наиболее популярную из применяемых сегодня технологий аддитивного производства. Новое изобретение ученых позволит при помощи обычных настольных 3D-принтеров получать более прочные детали.

Научный сотрудник Сколтеха Евгений Шульга, Андрей Старков, Алексей Захаров и руководитель Лаборатории наноматериалов профессор Альберт Насибулин разработали волокно, состоящее из двух или более концентрических слоев термопластичных полимеров. Внутренний слой (сердечник) изготовлен из композита, армированного короткими волокнами, а внешняя оболочка графеном.

Такая структура сочетает в себе различные преимущества композитных материалов. Так, материал сердечника улучшает механические свойства материала, делая его более прочным и менее подверженным термоусадке, а оболочка значительно снижает абразивность коротких волокон, тем самым повышая износостойкость, жесткость и ударопрочность 3D-печатной детали.

Новое изобретение может помочь в решении проблем, наиболее часто встречающихся при изготовлении волокна для 3D-печати, а именно, низкие механические свойства, либо непомерно высокая стоимость волокна для потребителя. Предлагаемая технология позволяет вместо углеродного волокна использовать экономичное стекловолокно с более высокой абразивностью. Кроме того, учитывая, что графен и его производные используются только во внешней оболочке волокна и составляют лишь малую долю от общей массы изделия, суммарную стоимость волокна можно поддерживать на доступном для потребителя уровне.

Технология изготовления коаксиального волокна может использоваться в различных термопластичных и в том числе высокотемпературных полимерах, например, PEEK. Кроме того, используя другие типы добавок, можно улучшить жесткость, ударопрочность, защиту от влаги, антистатические свойства, биосовместимость и другие важные характеристики материала.

«На реализацию этого проекта по разработке волокна для производства дорогостоящих изделий по цене дешевых полимеров мы получили финансирование в рамках Программы трансляционных исследований и инноваций Сколтеха (STRIP). В результате осуществления этого проекта нами был создан стартап Novaprint 3D, который занимается коммерциализацией научных результатов, полученных на этапе выполнения проекта при финансовой поддержке STRIP», − отмечает Евгений Шульга.

«Этот материал подходит в первую очередь для печати деталей оснастки и крепежа, а также функциональных прототипов и деталей готовых изделий для производства автомобилей, мотоциклов и велосипедов, экзоскелетов, ортезов и протезов, робототехники и т.д.», − добавляет профессор Насибулин.