Впервые в России специалисты Передовой инженерной школы "Цифровой инжиниринг" Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (ПИШ СПбПУ) разработали опытно-промышленную технологию изготовления филаментов (расходный материал в виде нити, используемый для 3D-печати) из непрерывного углеродного волокна на основе термопластов. Филамент обладает уникальными по сравнению с другими применяемыми в 3D-печати материалами физико-механическими свойствами и применяется, в первую очередь, в ракетно-космической и авиационной отрасли, а также в двигателестроении. Разработка осуществлялась по заказу Композитного дивизиона ГК "Росатом".

Углеродное волокно обладает высокой прочностью и жесткостью и при этом является очень легким материалом. Это позволяет использовать его для создания прочных и легких деталей, которые могут выдерживать большие нагрузки. В то же время углеродное волокно устойчиво к высоким температурам или химическим воздействиям. Филаменты из непрерывного углеродного волокна и высокотемпературного полимера группы полиарилкетонов применяют для 3D печати в специальных принтерах по технологии послойного наплавления (FDM и FFF).

Композиционные материалы (в том числе, филаменты) из непрерывного углеродного волокна в настоящее время производят несколько стран: США, Швейцария и Китай. Данный материал из-за специфики сферы его использования является стратегическим и практически не экспортируется. Сотрудники ПИШ СПбПУ "Цифровой инжиниринг" впервые в РФ разработали не только технологию изготовления филаментов из непрерывного углеродного волокна на основе термопластов, но и изготовили лабораторную установку для его производства производительностью 500 метров филамента в час. Эта установка была введена в эксплуатацию осенью 2023 года на территории Композитного дивизиона Росатома и сейчас используется для получения опытных партий материалов.

"Более 10 лет наша команда занимается разработкой технологий пропитки углеродных волокон термопластичными полимерами из группы полиарилэфиркетонов. Для нас очень важно, что результаты нашего кропотливого труда в ближайшее время будут внедрены в промышленное производство. Решение задачи производства отечественных филаментов из данного материала – это еще один шаг пути достижения технологического суверенитета для нашей страны", – прокомментировал значение проделанной работы канд. техн. наук, заведующий лабораторией "Полимерные композиционные материалы" ПИШ СПбПУ Илья Кобыхно.

В основе производства филаментов из непрерывного углеродного волокна и высокотемпературных полимеров лежит технология суспензионной пропитки. Данный подход обеспечивает получение однонаправленных термопластичных препрегов (пропитанных полимером углеродных волокон) с наименьшими повреждениями волокна и равномерным распределением полимера по всему сечению, что наиболее важно для решения задач, связанных с обеспечением максимальных прочностных свойств.

"Разработка собственной технологии производства композитов из непрерывного углеродного волокна на основе термопластов – очень важная в стратегическом плане задача. Россия – одна из немногих стран, которая производит двигатели. И применение столь качественного по своим свойствам материала, мы уверены, в первую очередь, будет особенно востребовано в отечественном двигателестроении для производства двигателей нового поколения", – прокомментировал потенциал разработки Директор проекта "Термопласты" Композитного дивизиона Росатома – Антон Шумаков.

В настоящее время специалисты Передовой инженерной школы СПбПУ разрабатывают технологию и опытно-промышленную установку по производству филамента производительностью 12 000 метров в час. Разработанная опытно-промышленная установка обеспечит возможность одновременного изготовления из непрерывного углеродного волокна 40 филаментов. Уже идет процесс изготовления и отладки режимов работы модулей и узлов установки. Летом 2024 года опытно-промышленная линия будет введена в эксплуатацию на производственной площадке Композитного дивизиона Росатома.

Передовая инженерная школа СПбПУ "Цифровой инжиниринг"

В рамках проекта "Передовые инженерные школы" Минобрнауки России, направленного на подготовку квалифицированных инженерных кадров для высокотехнологичных отраслей экономики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) разработал программу создания и развития Передовой инженерной школы "Цифровой инжиниринг". Программа направлена на совместную работу с индустриальными партнерами в области сверхактуального направления – системного цифрового инжиниринга. Передовую инженерную школу поддержали 22 российские высокотехнологичные компании и корпорации, запланировав софинансирование программы развития ПИШ СПбПУ до 2030 года в размере более 1,6 млрд рублей для решения фронтирных инженерных задач. С момента старта программы ПИШ "Цифровой инжиниринг" реализовала более 50 проектов с 22 индустриальными партнерами, а общий объем выполненных НИОКР составил 670 млн. рублей.