​Как вырастить позвонок на 3D-принтере, расскажут на симпозиуме по аддитивным технологиям в Минске

Как вырастить позвонок на 3D-принтере, расскажут на симпозиуме по аддитивным технологиям в Минске

В рамках выставки «ТехИнноПром» в Минске 27 сентября пройдет Международный научно-практический симпозиум о развитии аддитивных технологий в Беларуси. О достижениях белорусских ученых в этой сфере корреспонденту агентства «Минск-Новости» рассказал заведующий лабораторией новых материалов и технологий Института порошковой металлургии имени академика О. В. Романа НАН Беларуси Андрей Лецко.

По словам А. Лецко, в симпозиуме примут участие белорусские ученые и их коллеги из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, где работает один из самых опытных в России центров по аддитивным технологиям (АТ). Также выступят с докладами сотрудники Санкт-Петербургского государственного морского технического университета и ЦНИИ КМ «Прометей». В программе симпозиума заявлено и выступление крупного российского производителя порошков для АТ «Полема». Такое тесное сотрудничество исследователей с производственниками неслучайно.

Аддитивные – одни из самых передовых современных технологий для производства деталей. Речь идет о послойном «выращивании» изделий из различных порошков под воздействием на них потока энергии лазера или электронного луча. В основе метода лежат цифровые 3D-технологии (или 3D-печать).

– АТ применяются в основном в работе с дорогостоящими материалами – например, с титаном – в медицине, авиастроении и для космоса, – пояснил А. Лецко. – У аддитивных технологий есть целый ряд преимуществ. Так, при механической обработке деталей из заготовок, выполненных методами штамповки и литья, до 60 % материала часто уходит в стружку. Зато аддитивные технологии позволяют получать практически готовое изделие, с необходимой формой. Да, здесь тоже понадобится механическая обработка изделия, но она в большей степени продиктована повышенными требованиями по чистоте поверхностей. Поэтому в отходы уйдет не более 5 %.

По словам ученого, аддитивные технологии практически снимают ограничения по геометрии и конфигурации любых объектов. И что немаловажно – они получаются целостными, что практически невозможно при использовании метода механической обработки, когда приходится применять сварку, составлять детали из отдельных компонентов и т. д. В этом еще одно преимущество аддитивных технологий.

Установка селективного лазерного плавления ProX300 («3D Systems», США)

Напечатать имплант на 3D-принтере

Порошок титана – это самый инертный материал, используемый сегодня в медицине. Он не вступает в реакции с тканями организма, благодаря чему предотвращаются возможные реакции отторжения чужеродного тела. Соответственно, он хорошо приживается. Остеоинтеграция титановых имплантов проходит быстрее и легче.

Поэтому одна из главных сфер применения сегодня АТ – это изготовление имплантов с учетом особенностей форм участков костной ткани конкретного больного. Это область персонализованной медицины.

– У нас был заказ на изготовление пластины-импланта для восстановления удаленного участка кости черепа у пациента с онкологическим заболеванием, – поделился информацией А. Лецко. – Нам нужно было изготовить ее из порошка титана. На основе цифровых снимков компьютерной томографии мы выполнили имплант максимально точно по форме черепа этого человека. Это позволило значительно сократить время операции и повысить шансы приживляемости импланта.

Обычно же, по словам А. Лецко, хирургу во время операции приходится подгонять заготовку импланта по месту его установки. Аддитивные же технологии позволяют выполнить практически точную копию кости организма конкретного человека. В Институте порошковой металлургии имени академика О. В. Романа НАН Беларуси есть металлургический 3D-принтер, на котором ученые и печатают подобные изделия.

А. Лецко подчеркнул, что на симпозиуме будет очень много докладов по использованию АТ в медицине, причем с примерами реальных разработок.

Плита построения с напечатанными изделиями

Перспективы «выпечки» деталей

По словам А. Лецко, к аддитивным относится целый комплекс технологий из разного вида порошков для 3D-печати. Самые дешевые и самые распространенные – это полимерные 3D-принтеры. Наверное, сегодня они есть в каждом научном институте нашей республики. Такие «напечатанные» детали из полимеров сегодня широко используются в промышленности.

А вот принтеров по металлу в Беларуси всего 2–3 установки. Институт порошковой металлургии имени академика О. В. Романа – головная организация в республике по этой технологии.

– К самим порошкам для 3D-печати предъявляются особые требования, пояснил А. Лецко. – Их частицы должны иметь сферическую форму (как шарик), обладать высокой чистотой химического состава. Размеры частиц тоже важны. Для разных технологий применяются порошки с размерами частиц от 20 до 70 микрометров (в 1 мм – 1 000 микрометров).

По словам ученого, тонкостей и сложностей в процессе изготовления изделий с АТ немало. Одна постобработка чего стоит! Дело в том, что любая порошковая технология дает пористую структуру изделий. В них присутствует 1–3 % процента пустот. Для медицины и космоса это очень рискованно. Ведь любая пора – это концентратор напряжения, который может привести к поломке изделия. Чтобы «залечить» поры, применяют технологию горячего изостатического прессования изделий. Температура и давление газа одновременно воздействуют на изделие. Так можно получать изделия с 100-процентной плотностью материала.

По словам А. Лецко, по аддитивным технологиям идет целый поток исследований как в Беларуси, так и за рубежом. Но специалисты Института порошковой металлургии имени академика О. В. Романа работают и над тем, чтобы внедрять новые технологии в отечественную промышленность. Около 50 % объемов работ института связаны с практическим применением. Поэтому обсуждение проблематики развития аддитивных технологий и на предстоящем симпозиуме будет привязано к практическим результатам.