В последнее время в мире широко применяется новый вид углеродного материала – графен. Это самый легкий, прочный и тонкий из всех известных материалов, он обладает высокой гибкостью, тепло- и электропроводностью. Благодаря таким свойствам графен способен заменить многие существующие материалы в промышленности, например, он перспективен для производства элементов для автомобилей, самолетов и космических кораблей.

Однако пока не существует определенной технологии объемной печати изделий из графена. Но ученые ПНИПУ нашли способ создавать изделия 3D-печатью с использованием жидких углеводородов.

Статья опубликована в сборнике «Инновационные технологии в материаловедении и машиностроении», 2023 год. Исследование выполнено в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

В настоящее время такой уникальный наноматериал применяется в виде небольших изделий в медицине, оптике, электронике и строительстве. Однако используемые технологии не подходят для изготовления деталей в авиа- и машиностроении. Для производства габаритных изделий с высокими эксплуатационными свойствами, таких как фюзеляжи и крылья самолета, необходимо использовать аддитивные технологии.

Мы разработали технологию 3D-печати изделий из графена, которая заключается в нагревании места контакта двух графитовых деталей в жидком углеводороде (трансформаторное масло). Детали при пропускании через них электрического тока нагреваются до высокой температуры, и между ними образуется сварочная дуга. При этом происходит разложение трансформаторного масла на пары, которые улетучиваются, и углерод, который осаждается тонкими слоями. Так происходит послойное 3D-выращивание изделий из графена, – рассказывает аспирант кафедры «Инновационные технологии машиностроения» Пермского Политеха Владимир Блохин.

Политехники провели эксперимент и выявили зависимости влияния силы тока и времени горения дуги на массу образцов. Исследование показало, что увеличение входных параметров приводит к увеличению массы образца, повышает производительность процесса. При этом рост силы тока больше влияет на результат, чем время горения дуги.

В отличие от аналогов, при изготовлении материала таким способом не нужно использовать связующее, что повышает физико-механические свойства изделий, такие как прочность, износостойкость, теплопроводность. Кроме того, технология не требует энергоемкой и дорогостоящей термической обработки, – объясняет руководитель проекта, доцент кафедры «Инновационные технологии машиностроения» Пермского Политеха, кандидат технических наук Дмитрий Караваев.

Разработка ученых ПНИПУ вносит большой вклад в производство уникального по своим свойствам материала. Технология изготовления деталей из графена перспективна для создания ответственных элементов с высокими эксплуатационными свойствами. Качественные изделия способны заменить многие существующие элементы в аэрокосмической, автомобильной и энергетической промышленности на более прочные и легкие детали. Отечественное промышленное производство выходит на новый уровень.