Новый способ получения порошков для селективного лазерного спекания — одного из самых распространенных методов 3D-печати — разработали ученые подведомственного Минобрнауки России Института химии растворов (ИХР) им. Г.А. Крестова в сотрудничестве с Институтом нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН. 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. Преимущество нового способа состоит в использовании специально подобранного растворителя, благодаря которому процесс может быть реализован при атмосферном давлении и, следовательно, не требует дорогостоящего, работающего при высоком давлении оборудования. При этом 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, 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» РАН 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 полиамидных порошков для 3D-печати, потребуется до года совместных НИОКР с инженерами-конструкторами и технологами заинтересованных предприятий.
Результаты исследований опубликованы в журнале Powder Technology.