Российская научная команда, в которую вошли специалисты НИТУ МИСИС и Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, представила значимое открытие в области 3D-печати изделий из уникального сплава никелид титана. В рамках проведённого исследования учёные доказали, что, управляя процессом лазерной печати, можно целенаправленно формировать такие характеристики материала, как температура восстановления формы и уровень упругости. Этот инновационный подход закладывает фундамент для создания медицинских и инженерных изделий будущего, расширяя возможности современной промышленности и медицины.
Новые горизонты для никелида титана в медицине и технике
Никелид титана является материалом с выдающимися свойствами памяти формы и высокой упругости. Однако традиционные методы его обработки довольно трудоемки и требуют дополнительных этапов. Использование современных аддитивных технологий, в частности лазерной 3D-печати из металлического порошка, позволяет преодолеть эти сложности.
Исследования, проведённые учёными НИТУ МИСИС и Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, доказали: тонкая настройка мощности лазера и скорости его перемещения во время печати способна радикально влиять на структуру никелида титана и его дальнейшее поведение. Эксперименты базировались на технологии Laser Powder Bed Fusion, где слои металлического порошка последовательно сплавляются направленным лазерным лучом. Такая смена параметров позволила понять, как управлять фазовыми превращениями в материале уже на этапе печати.
Целенаправленное программирование свойств: переход на новый уровень
Алевтина Черникова, ректор НИТУ МИСИС, подчёркивает значимость этого направления: в университете не первый год развиваются исследования по сплавам с памятью формы. Материалы, разработанные здесь, используются в отечественной промышленности, в том числе в медицине, робототехнике и микроэлектронике. Никелид титана нашёл применение в ортодонтических дугах, стентах, медицинских и инженерных имплантатах — благодаря прочности, гибкости и способности возвращаться к прежней форме после деформации.
Новые данные показывают, что "мягкая" печать способствует сохранению высокой сверхупругости изделия. А если делать ставку на более интенсивный лазерный режим, усиливается выраженность эффекта памяти формы. Такое управление позволяет создавать компоненты с заранее заложенными характеристиками, что особенно актуально для миниатюрных приводов и конструкций, эксплуатируемых в сложных условиях.
Путь к умным материалам и 4D-технологиям
Исследование демонстрирует: за счёт контроля параметров можно буквально "запрограммировать" материал. Производимые изделия способны откликаться на внешние воздействия — температуру, нагрузку, изменения внешней среды, изменяя форму или свойства. Это огромный шаг к технологиям 4D-печати, где временем заложены дополнительные функции продукта, превращая их в "умные" элементы новой инженерии, робототехники и медицины.
Станислав Чернышихин о технологическом прорыве
Станислав Чернышихин, руководитель лаборатории аддитивного производства НИТУ МИСИС, подчёркивает: теперь нет необходимости проводить долгую дополнительную термообработку — свойства изделия определяются прямо в процессе 3D-печати. Например, за счет небольшого изменения параметров удаётся сдвигать температуру фазовых превращений почти на сорок пять градусов по Цельсию. Это означает, что момент, в который никелид титана восстановит первоначальную форму или проявит максимальную упругость, задаётся сразу, под конкретную задачу.
Будущее персонализированной медицины и инженерии
Итоги работы уже открывают двери для массового производства уникальных медицинских имплантатов, гибких соединений, миниатюрных механизмов и приводов для робототехники. Формируются новые индустриальные протоколы 3D-печати, позволяющие закладывать индивидуальные свойства изделий на этапе их создания. Такая инновация способна изменить стандарты проектирования и изготовления изделий на заказ — под особенности каждого пациента или под строго заданные технические требования.
Результаты исследования опубликованы в престижном научном издании Journal of Manufacturing and Materials Processing (Q1). Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект под номером двадцать пять двадцать девять ноль ноль девять пять четыре). Фото и информационные материалы предоставлены пресс-службой НИТУ МИСИС.
Источник: scientificrussia.ru
