Коллектив ученых Новосибирского государственного технического университета НЭТИ разрабатывает собственную методику проектирования и создания композиционных материалов мультифункционального назначения с сетчатыми структурами.
Материалы создаются в рамках стратпроекта «Концептуальное проектирование и создание сетчатых материалов различного функционального назначения» программы стратегического развития «Приоритет-2030». Технология проектирования основана на решении многопараметрической задачи и включает в себя всесторонний анализ геометрии и условий работы конструируемого изделия, топологической оптимизации его геометрических параметров и подбора рациональной сетчатой структуры материала. На основании численных данных, поступающих из натурных испытаний материала и из реального процесса изготовления деталей, происходит уточнение начальных и граничных условий математической модели изделия, повышая ее точность и качество.
В настоящее время ученые активно ведут поиск новых свойств у материалов природного происхождения. Но иногда такие свойства приходится «программировать» буквально вручную, чтобы расширить возможности их применения и достичь максимальной эффективности в их использовании. Так, сейчас создаются метаматериалы для биомедицины и машиностроения, что позволит найти новые решения в области импортозамещения.
«Метаматериалы — это искусственные материалы, позволяющие конструировать собственные атомоподобные единицы и создавать изделия с беспрецедентно эффективными свойствами. Эти интеллектуальные свойства материалов обусловлены их микроструктурной геометрией, — поясняет руководитель комплексного проекта д-р техн. наук, профессор кафедры материаловедения в машиностроении НГТУ НЭТИ Аэлита Никулина. — Практическая область применения этих уникальных материалов достаточно разнообразна, и при реализации нашего проекта мы постарались сконцентрироваться на машиностроении и высокотехнологичной биомедицине».
Одной из задач ученых НГТУ НЭТИ является разработка технологии изготовления персонализированных имплантатов из биосовместимых титановых сетчатых пластин для проведения операций по восстановлению лицевого и мозгового отделов черепа. Это один из наиболее сложных видов операций реконструктивной хирургии, где в основном применяются импортные технологии и материалы.
Чтобы снизить зависимость отечественной медицины от зарубежной продукции новосибирские ученые решили объединить компетенции практикующих хирургов и инженеров.
«Стоит задача частичного или полного импортозамещения. Мы своими силами, обладая необходимыми навыками и компетенциями, можем изготовить такое оборудование. Для выполнения этого проекта объединились несколько кафедр: материаловедения в машиностроении, проектирования технологических машин и технологии машиностроения», — подчеркивает доцент кафедры проектирования технологических машин НГТУ НЭТИ Вадим Скиба.
На данный момент разработана технология проектирования и производства матриц, используемых для изготовления титановых сетчатых пластин методами пластического деформирования. Спроектирован и введен в производство пятикоординатный обрабатывающий центр (многоцелевой станок с числовым программным управлением и возможностью обработки в пяти координатах) для изготовления матриц индивидуальных сетчатых имплантатов. Изготовленные на нем прототипы переданы специалистам Федерального центра нейрохирургии в Новосибирске для оценки их работоспособности. Ученые уверены, что завершить изготовление всей линейки специализированного оборудования возможно всего через полтора года.
Второй задачей коллектива являлась разработка технологии проектирования и изготовления корпусных элементов оборудования системы регистрации параметров движения поездов и автоведения. Ученым и инженерам удалось модернизировать подход к проектированию и наладить на производственных площадях вуза изготовление конструктивных элементов, необходимых для систем управления движением поездов.
«Специалистам Западно-Сибирской дирекции моторвагонного подвижного состава — структурного подразделения Центральной дирекции моторвагонного подвижного состава (филиал ОАО «РЖД») переданы комплекты изготовленных изделий для оценки их работоспособности и проведения эксплуатационных испытаний. Расчеты предварительной стоимости деталей показали, что она на 10—25 % ниже стоимости закупаемых аналогов. Сейчас обсуждается возможность формирования заказа на производство крупной партии деталей», — рассказывает Вадим Скиба.
Коллектив исполнителей считает, что разработанная технология поможет заместить большую часть импортных деталей, которые выходят из строя. Например, в НГТУ НЭТИ уже «закрывают» потребности в большинстве уникальных деталей, входящих в состав оборудования издательско-полиграфического комплекса вуза, на котором лежит большая нагрузка по производству печатной продукции.
«Наша технология позволила самостоятельно изготавливать необходимые комплектующие непосредственно на производственных площадках университета. Практика показала, что качество деталей и время их службы не уступает оригинальным элементам. Предварительно рассчитанная стоимость одного упрочненного фиксатора на 25 % ниже стоимости зарубежного аналога», — сообщает Вадим Скиба.
Третьей задачей коллектива явилась разработка технологии концептуального проектирования и создания интегрального высокотехнологичного оборудования, в котором при конструировании станочной и инструментальной оснастки будут использованы композиционные материалы с сетчатыми структурами. Ученые и инженеры НГТУ НЭТИ создали гибридный станочный комплекс, обладающий мультифункциональными возможностями.
Специалисты протестировали методику проектирования и схему реализации металлообрабатывающего технологического оборудования на базе токарно-винторезного станка. Им удалось доказать, что его использование может повысить эффективность металлообработки, а именно — увеличить производительность изготовления деталей вращения. Это стало возможным за счет поверхностной закалки металла методом высокоэнергетического нагрева токами высокой частоты и его механической обработки без промежуточных переустановок деталей и инструментов.
Фото Е. Сычевой
Управление информационной политики Новосибирский государственный технический университет
