На Луне, Марсе и где-нибудь далеко в космосе людям наверняка понадобится вещь, которая осталась на Земле. С собой на борту корабля нельзя привезти всё. Производство придётся осваивать на новом месте, используя любые подручные материалы и, прежде всего, всё, что есть в шаговой доступности, а это камни и грунт на поверхности далёких планет. Но чтобы это стало возможным эксперименты надо проводить на Земле уже сейчас.

Источник изображения: Washington State University

Инженеры из Университета штата Вашингтон (WSU) продемонстрировали возможность производства образцов деталей и инструментов из смеси титана и искусственной марсианской пыли. Пыль была представлена смесью из земных минералов, благо учёные имеют образцы марсианской породы в виде метеоритов и в целом поверхность Марса неплохо изучена, хотя образцы грунта с Красной планеты на Землю пока не были доставлены.

Учёные создавали смеси с разным содержанием «марсианской» пыли от 5 % до 100 % и подвергали их обработке нагревом до 2000 °C. Расплавленную смесь вливали в формы и после остывания проводили комплексные испытания образцов.

Выяснилось, что оптимальным с точки зрения твёрдости является 5-процентное содержание реголита в смеси с титаном. Детали из такого состава получаются в два раза твёрже, чем из чистого титана. Смесь исключительно из реголита оказалась непрочной и неоднородной, но её вполне можно использовать для облицовки зданий на поверхности Марса для защиты от радиации.

Подтверждение концепции вдохновило учёных на дальнейшую работу, в ходе которой они будут испытывать смесь «марсианской» пыли с другими материалами, чтобы собрать данные о возможном спектре материалов и их характеристиках, которые астронавты смогут повторить на Луне, Марсе или в других местах.

Снижение зависимости от зарубежных поставок комплектующих является целью многих американских компаний, и в сфере авиастроения власти страны предложили производителям типа Boeing активнее использовать компоненты, создаваемые методом трёхмерной печати субъектами малого и среднего бизнеса в США. Это попутно будет способствовать развитию местной отрасли и созданию новых рабочих мест.

Источник изображения: Boeing

Программа Additive Manufacturing Forward, о которой президент США Джозеф Байден (Joseph Biden) рассказал ещё в мае, по данным Reuters, охватывает изделия различного назначения из полимерных материалов и металла, которые можно производить на территории США силами небольших компаний методом трёхмерной печати. Интерес к участию в инициативе проявили компании GE Aviation, Siemens Energy, Raytheon Technologies, Honeywell, Lockheed Martin, Boeing и Northrop Grumman. Многие из них выпускают авиационную технику или турбины, конструктивные элементы которых современные технологии позволяют изготавливать так называемым «аддитивным методом», формируя массив детали послойно.

Потенциальные заказчики готовы разрабатывать технологии выпуска необходимых деталей и проводить обучение персонала подрядчиков, а также участвовать в процессе сертификации и разработке стандартов. Boeing и Northrop Grumman выразили намерения приобретать больше деталей, изготавливаемых локально в США при помощи подобных технологий. Первая из компаний даже готова увеличить квоту на закупку таких деталей до 30 % от общей потребности. По оценкам специалистов, такой подход к изготовлению комплектующих позволит на 90 % снизить сроки поставок и затраты на сырьё, а энергоёмкость продукции уменьшается в два раза. Власти США считают, что действие программы следует расширить на автомобильный и полупроводниковый секторы национальной экономики.

На борту Международной космической станции (МКС) в скором времени начнутся первые эксперименты с российским 3D-принтером, о чём сообщил космонавт «Роскосмоса» Олег Артемьев.

Источник изображений: «Роскосмос»

Установка, о которой идёт речь, создана РКК «Энергия» имени С.П. Королева совместно с Томским политехническим университетом и Томским государственным университетом. Печать осуществляется методом послойного наложения расплавленной полимерной нити (филамента). 3D-принтер был доставлен на орбиту в июне нынешнего года на грузовом корабле «Прогресс МС-20».

Как сообщает ТАСС, в настоящее время установка готова к работе — включение принтера на борту МКС прошло успешно. Сейчас члены экипажа ждут материал для принтера, который должен быть доставлен на корабле «Союз МС-22» в сентябре. На первом этапе космонавты попробуют напечатать простые кубики, а затем перейдут к изготовлению более сложных деталей.

Полученные образцы вернут на Землю для исследования механических характеристик изделий, изготовленных при помощи аддитивных технологий. Это позволит всесторонне исследовать влияние микрогравитации на 3D-печать.

Эксперименты, как ожидается, откроют для отечественной космонавтики новые возможности использования 3D-печати в будущем. Например, в лунных экспедициях космонавты не будут зависеть от доставки необходимых узлов и конструкций на транспортных кораблях с Земли, а смогут распечатать их непосредственно в космосе.

Исследователи из НИТУ «МИСиС» разработали технологию печати постоянных магнитов из магнитотвёрдых материалов на 3D-принтере. Метод даёт возможность производить магниты сложной формы с заданными свойствами, что сегодня крайне трудно. Технология найдёт применение при производстве постоянных магнитов как для обычной бытовой техники, так и для высокотехнологичной электроники.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

«3D-печать магнитов — совершенно новая область не только в нашей стране, но и в мире. В настоящее время научные коллективы, которые умеют печатать магниты, можно пересчитать по пальцам. Мы успешно движемся вперед, к разработке новых импортозамещающих технологий 3D-печати практически любого металломатричного мультиматериала, который можно изготовить в виде порошка и который имеет температуру плавления до 3500 °C», — рассказал руководитель лаборатории «Катализ углеводородов» НИТУ «МИСИС» Александр Громов.

Традиционно промышленное производство магнитов включает множество сложных технологических процессов от выплавки до дробления, прессования, спекания, механической обработки, намагничивания и последующего нанесения защитного покрытия. Нетрудно представить, что изготовление магнитов сложной формы многократно усложняет техпроцесс. Спекание лазером магнитотвёрдых порошков в модель произвольной формы стало бы удобным решением, которое позволило бы, например, исключить из технологических операций такие этапы, как прессование, спекание и последующую механическую обработку и, в целом, примерно на треть упростило бы производство.

Учёные давно ищут возможность использовать аддитивную печать для изготовления постоянных магнитов, для чего требуется исследовать как микро-, так и макроструктуры магнитных моделей. Исследователи всего мира фактически находятся в начале пути к промышленной 3D-печати постоянных магнитов, и работа российских учёных прошла по самому переднему краю исследований.

В основе предложенного технологического процесса печати лежит «порошок с частицами сферической формы на основе неодима, железа и бора с незначительным содержанием празеодима, кобальта, титана и циркония», как поясняется в пресс-релизе НИТУ «МИСИС». Учёные установили, «что при печати на стальной подложке, мощность лазера 150–200 Вт и скорость сканирования 300–700 мм/с обеспечивают оптимальные условия производства магнита с минимальным количеством дефектов структуры». Подчёркивается, что время создания таким образом магнитов сократилось более чем в три раза по сравнению с традиционной промышленной технологией спекания.

Следует сказать, что работа исследователей пока носит лабораторный характер, но в будущем предложенный метод может стать основой для технологий получения эффективных постоянных магнитов любой геометрической формы.

Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса (LLNL) получила от властей грант на $1,5 млн на разработку технологии лазерной 3D-печати катодов для высокоёмких литиевых аккумуляторов. В исследовании будут использоваться катодные порошки компании Ampcera, для чего с ней заключено партнёрское соглашение. Лазерная 3D-печать может открыть путь к массовому производству доступных по цене и ёмких литийсодержащих батарей, в которых нуждаются все.

Источник изображения: Jianchao Ye/LLNL

Сегодня катоды литийсодержащих аккумуляторов изготавливаются методом литья и в процессе нанесения покрытий. Рабочее вещество растворяется в растворителях, наносится на электроды и в формы, а затем долго сушится. Это дорого, неэффективно и не позволяет создавать структуры выше определённой толщины, что, в свою очередь, задерживает появление быстро заряжающихся аккумуляторов и вредит наращиванию плотности энергии аккумуляторами.

В то же время индустрия уже освоила лазерную 3D-печать с помощью порошков металлов и соединений. Исследователи из LLNL как раз займутся вопросами спекания катодных порошков с алюминиевыми электродами методом селективного лазерного плавления (Laser Powder Bed Fusion, L-PBF).

«Экологически безопасный процесс позволяет обрабатывать толстые высокоёмкие трёхмерные катодные структуры, что позволит литийионным батареям достичь цели быстрой зарядки — 80 % заряда за 15 минут или меньше», — сказал ведущий исследователь LLNL Цзяньчао Йе (Jianchao Ye). — Благодаря отсутствию растворителя сверхбыстрая лазерная обработка позволяет осуществлять крупномасштабное производство батарей с более высокой производительностью, более низким энергопотреблением и стоимостью и, вероятно, улучшенной плотностью мощности и энергии».

Компания Ampcera обладает сильным портфелем технологий в области высокоэффективных твердотельных электролитов и электродных материалов. Ampcera предоставит LLNL самые современные и высокотехнологичные катодные порошки для обработки L-PBF.

«После разработки 3D-структурированных катодов мы рассчитываем расширить технологию до дизайна анодов, а также продолжить изучение её применения в полностью твердотельных литийметаллических батареях с ещё более высокими плотностями энергии и мощности», — сказал Хуэй Ду (Hui Du), соучредитель и технический директор компании Ampcera.