Ученые разработали новый способ получения полимерных порошков для 3D-печати

Ученые из подведомственного Минобрнауки России Института химии растворов им. Г.А. Крестова в сотрудничестве с Институтом нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН разработали новый способ получения порошков для селективного лазерного спекания, одного из самых распространенных методов 3D-печати. Этот способ позволит решить проблему импортозамещения зарубежных аналогов.

Зарубежные технологии получения порошка из полиамида-12 основаны на приготовлении раствора полимера в этаноле при повышенном давлении (10 атмосфер) с использованием сложного оборудования для проведения процесса. Преимущество нового способа состоит в использовании специально подобранного растворителя, благодаря которому процесс может быть реализован при атмосферном давлении и, следовательно, не требует дорогостоящего оборудования, работающего при высоком давлении. Причем подобранный растворитель нетоксичен, экологически безопасен, производится в России и имеет невысокую стоимость.

«На мой взгляд, данная разработка представляет классический пример, демонстрирующий переход от фундаментальных исследований в области термодинамики полимерных систем к решению конкретной материаловедческой прикладной задачи – созданию физико-химических основ отсутствующей в России технологии получения порошка из полиамида-12 для селективного лазерного спекания (3D-печати)», – прокомментировал доктор химических наук, главный научный сотрудник лаборатории физической химии гетерогенных систем полимер-жидкость ИХР РАН Константин Почивалов.

Создание нового способа получения полимерных порошков стало возможным благодаря разработке новых фундаментальных представлений о фазовом равновесии и структурообразовании в смесях частично кристаллических полимеров с различными жидкими растворителями. Учеными было показано, что охлаждение малоконцентрированного раствора частично кристаллического полимера с подобранным растворителем сопровождается кристаллизацией полимера из однородной смеси с образованием сферолитов — шарообразных частиц размерами от тысячных долей до нескольких миллиметров, в которых чередуются области порядка и беспорядка в расположении макромолекул.

Далее из аморфных областей полимера выделяется растворитель, а внутри сферолитов формируются мелкие поры. Размерами и формой частиц порошка можно управлять за счет перемешивания исходного раствора на стадии охлаждения, за счет измельчения получаемого порошка в жидкости, а также за счет изменения концентрации полимера в исходном растворе и скорости охлаждения.

Кроме того, в рамках исследования при помощи сотрудников ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» была проведена апробация полученного порошка в 3D-печати. Исследование распределения частиц по размерам, сыпучести, насыпной плотности и других свойств полученного по новой технологии порошка показало, что эти характеристики соответствуют зарубежным аналогам. Для того чтобы в дальнейшем масштабировать новый способ и создать промышленную технологию получения полимадиных порошков для 3D-печати, потребуется до 1 года проведения совместных НИОКР с инженерами-конструкторами и технологами заинтересованных предприятий.

Результаты исследований опубликованы в журнале Powder Technology.