Исследователи Передовой инженерной школы РТУ МИРЭА разрабатывают технологию 3D-печати керамических композитов для СВЧ-техники. Обычные методы производства керамических деталей требуют дорогой оснастки и не позволяют быстро менять форму изделия. LCD-печать суспензиями с керамическим наполнителем решает эту проблему, но создает новые вызовы: частицы керамики оседают на дно и слипаются в комки. Ученые нашли способ сделать суспензию стабильной с помощью ультразвукового диспергирования и подбора специальных добавок.
Керамика нужна в СВЧ-технике — она выдерживает высокие температуры и частоты. Но делать из нее детали сложно: традиционные методы требуют изготовления пресс-форм, что долго и дорого, особенно если нужна небольшая партия или уникальная форма. 3D-печать могла бы решить эту проблему. В РТУ МИРЭА для этого используют LCD-принтеры — те же, что применяют для печати моделей из фотополимерной смолы. Только вместо чистой смолы в ванну заливают суспензию: фотополимерную смолу с добавлением керамического порошка (титаната бария). После печати керамические частицы остаются в детали, придавая ей нужные свойства. Но тут возникает проблема: тяжелые керамические частицы быстро оседают на дно. В эксперименте с 10% наполнением керамики в смоле наполнитель распределился неравномерно — в верхней части детали его почти не было, а в нижней оказалось слишком много. Использование поддерживающих структур проблему не решило.
«Наша цель — получить готовую технологию печати керамических композитов с заданными электрофизическими свойствами. Это позволит разработчикам СВЧ-устройств быстро изготавливать прототипы сложной формы и оперативно вносить изменения в конструкцию. В перспективе технология может использоваться не только в СВЧ-технике, но и в других отраслях, где нужна прочная, термостойкая и точная керамика», — комментирует Светлана Тюрина, кандидат технических наук, заведующая кафедрой инженерии материалов Передовой инженерной школы РТУ МИРЭА.
Ученые предложили два пути. Первый — ультразвуковое диспергирование: специальный аппарат «разбивает» слипшиеся частицы и равномерно распределяет их по объему. При этом важно не перегреть суспензию — иначе пострадает сама смола. Поэтому диспергатор включают импульсами. Второй путь — добавление поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые не дают частицам слипаться и замедляют оседание. В мировой практике для этого используют олеиновую кислоту или специальные добавки. Это позволяет повысить степень наполнения керамикой до 35–55% и сделать суспензию пригодной для печати.
Другая проблема — адгезия: напечатанная деталь плохо держится на столе принтера. Это требует дополнительной настройки режимов печати и постобработки.
«Керамика в СВЧ-технике незаменима, но традиционное производство тормозит разработку новых устройств — слишком долго и дорого менять форму детали. 3D-печать дает свободу, но создает новую задачу: как заставить тяжелые керамические частицы не оседать и не слипаться, пока идет печать. Мы нашли решение с помощью ультразвука и специальных добавок. Следующий шаг — подобрать такой состав, чтобы деталь сохраняла форму во время печати и после нее», — рассказывает Екатерина Серова, студентка кафедры инженерии материалов Передовой инженерной школы РТУ МИРЭА.
Результаты исследования представлены в сборнике научных трудов и опубликованы в журнале. Работа выполнена в Передовой инженерной школе РТУ МИРЭА (ПИШ СВЧ-электроники).
Источник информации и фото: пресс-служба РТУ МИРЭА
