Без границ внутри детали: как СПбПУ переопределяет будущее аддитивного производства.
Петербургские учёные заставили металлы дружить на микроуровне
Санкт-Петербургский политехнический университет (СПбПУ) совершил технологический прорыв, который может изменить лицо российской промышленности. Учёные Института машин, механизмов и транспорта (ИММиТ) разработали уникальную технологию мультиматериальной 3D-печати, позволяющую в рамках одного производственного цикла создавать сложные изделия из четырёх различных сплавов – с плавным, градиентным переходом между ними на уровне менее одного миллиметра.
Традиционно многосоставные конструкции страдают от «слабых мест» — резких границ между материалами, где возникают напряжения, микротрещины и дефекты. Новая технология СПбПУ призвана решить эту проблему: вместо стыка – зона постепенного изменения свойств, где жаропрочность, прочность, упругость или биосовместимость распределены оптимально под конкретные условия эксплуатации. В лабораторных условиях уже успешно протестировано более 20 комбинаций материалов, включая титановые и алюминиевые сплавы, а также материалы с эффектом памяти формы.
Одна деталь – тысяча свойств
Один из ярких примеров – прототип малоразмерной камеры сгорания. Внутренняя поверхность, контактирующая с высокотемпературными газами, выполнена из жаропрочной бронзы, внешняя – из никелевого сплава, а между ними – градиентная зона, обеспечивающая эффективный теплоотвод. Такой подход позволяет одновременно решать противоречивые инженерные задачи: выдерживать экстремальные температуры, сохранять структурную целостность и предотвращать перегрев. Другой пример – шестерня с функционально градиентной структурой: износостойкая поверхность сочетается с демпфирующим ядром, что увеличивает срок службы и снижает уровень шума и вибраций.
Ещё одно немаловажное преимущество новой технологии – скорость. Весь процесс, включая постобработку, занимает несколько дней, тогда как классическое производство (фрезеровка, сварка, сборка) требует месяцев. Для российской промышленности это не просто экономия времени – это возможность переосмыслить саму логику проектирования. Теперь инженеры могут не просто выбирать материалы, а буквально «программировать» распределение их свойств внутри одной детали.
Руслан Ахмедов - начальник отдела Департамента станкостроения и тяжелого машиностроения Минпромторга РоссииРоссия находится на пороге масштабной промышленной трансформации, где аддитивные технологии становятся одним из ключевых драйверов роста. 3D-печать стирает границы между проектированием и производством, значительно сокращает сроки вывода продукции на рынок и открывает новые возможности для обеспечения технологического суверенитета и импортонезависимости
Потенциал применения огромен. В авиационной и ракетной технике – горячие тракты двигателей, где критически важны лёгкость, термостойкость и прочность. В машиностроении – узлы трения с повышенным ресурсом. В медицине – импланты, сочетающие биосовместимую титановую поверхность с упругим или демпфирующим ядром из кобальт-хромового сплава. А в ремонте оборудования – возможность локального восстановления изношенных участков без замены всей детали, что резко снижает эксплуатационные расходы.
Если российским разработчикам удастся обеспечить серийную повторяемость и стандартизацию процессов – это может стать экспортной нишей: не оборудования, а инжиниринга, технологических регламентов и совместных R&D-проектов.
Атом, космос и 3D-печать
К 2030 году мировой рынок аддитивных технологий (АТ) может превысить $110 млрд, а Россия уверенно занимает в нём своё место. Уже в 2023 году объём российского рынка достиг 12 млрд рублей – на семь лет раньше прогнозов. При этом доля российских производителей превысила 54%, а ежегодный рост оценивается в 20%.
Государство активно поддерживает отрасль через «Стратегию развития АТ до 2030 года», нацпроекты и создание 180 центров аддитивных технологий. Сегодня в стране работает более 150 предприятий АТ, из них около 60 – специализируются на печати металлом.
Лидером сегмента стала металлическая 3D-печать, и именно здесь проявляется мощь национальной экосистемы. Госкорпорации – «Росатом», «Ростех», «Роскосмос» и ВИАМ – выступают локомотивами развития.
От «Приоритета-2030» к мировому лидерству
Сегодня российская аддитивная отрасль – это не просто импортозамещение, а полноценная технологическая экосистема, готовая конкурировать на глобальном уровне.
Разработка учёных СПбПУ полностью соответствует духу программы «Приоритет-2030» и укрепляет позиции России в глобальной «Индустрии 4.0». Направление multi-material AM считается одним из самых перспективных в мире: те же задачи решают, например, в немецком Институте Фраунгофера IGCV, где создаются компоненты с встроенными датчиками и комбинированными металл-керамическими структурами. Однако именно учёным из Санкт-Петербурга удалось предложить элегантное решение проблемы «стыка» – того самого узкого места, над которым бьются исследователи по всему миру.
В ближайшие годы ожидаются опытные партии для двигателестроения и энергомашиностроения, а в среднесрочной перспективе – переход к мелкосерийному производству. Главные вызовы – контроль качества градиентных зон и экономика постобработки – находятся в фокусе как мировой, так и российской исследовательской повестки. Но вектор задан: будущее – за деталями без границ.