Учёные СО РАН создали уникальную для России технологию 3D-печати металлов из газовой фазы

Исследователи Института теплофизики Сибирского отделения РАН разработали прототип технологии сверхточной 3D-печати металлов из газовой фазы — принципиально новый для России метод аддитивного производства. Разработка может найти применение в аэрокосмической отрасли, медицине и микроэлектронике.

Один из авторов проекта, Алексей Мелешкин, отметил, что методика открывает возможности для создания миниатюрных металлических изделий со сверхвысокой точностью, недостижимой при использовании традиционных порошковых технологий.

Как работает технология

В отличие от распространённых технологий (SLM, DMLS, EBM), где используется металлический порошок, новый подход основан на осаждении металла из газовой фазы.

Процесс включает несколько стадий:

1. Металл переводится в газовую фазу путём испарения или сублимации.

2. Пары металла подаются в рабочую камеру с инертной или вакуумной атмосферой.

3. Локальный нагрев лазером вызывает конденсацию паров в заданной точке.

4. Движение лазера по заданной траектории формирует изделие слой за слоем.

Разрешающая способность определяется диаметром лазерного пятна, что позволяет достигать нанометровой точности при создании деталей сложной формы.

Оборудование и первые результаты

Система включает испарительную камеру, лазер малой мощности (около 3 Вт), подвижную платформу и газовые прекурсоры — химические соединения, выделяющие металлический пар. Для предотвращения окисления используется вакуумная или инертная среда.

Учёные уже изготовили опытные образцы из меди, подтвердившие высокую плотность и однородность структуры осаждённого металла.

Преимущества метода

• отсутствует необходимость в порошках, что упрощает хранение и снижает риски загрязнения;

• отсутствуют ограничения, связанные с размером гранул или текучестью порошков;

• технология позволяет работать с тугоплавкими металлами;

• формируется однородный материал без пор и дефектов;

• возможна печать мельчайших элементов и микроструктур.

Потенциал применения

Новая методика открывает возможности для создания:

• миниатюрных турбин и деталей двигателей;

• элементов из тугоплавких сплавов;

• тонкоплёночных проводников и межсоединений для микроэлектроники;

• биосовместимых имплантатов и медицинских микроинструментов;

• сенсоров, наноструктур и метаматериалов.

Перспективы развития

Учёные отмечают, что пока требуется работа над снижением энергозатрат при испарении металлов и повышением производительности. Однако в перспективе планируется создание специализированного 3D-принтера, работающего по принципу газофазной печати.

Разработка уже получила признание — проект стал победителем акселерационной программы «А:Старт», проводимой Новосибирским Академпарком, и рассматривается как одно из наиболее перспективных направлений российской аддитивной науки.