Мировые достижения химиков КБГУ
- 22.10.2020
3D-печать входит в топ-10 технологий, которые стремительно меняют мир. Этот процесс может осуществляться разными способами, с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания («выращивания») твёрдого объекта. С помощью 3D-принтеров (станков с числовым программным управлением) по аддитивным технологиям за короткое время создаются изделия сложной формы, изготовление которых с применением традиционных технологий требует выполнения целого ряда трудоёмких операций.
Уникальные технологии получения суперконструкционных полимеров для 3D-печати, разработанные в Кабардино-Балкарском государственном университете им. Х.М. Бербекова, не имеют аналогов в России и по большинству характеристик превосходят зарубежные образцы.
В Центре прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ образцы таких изделий были представлены министру науки и высшего образования Российской Федерации Михаилу Котюкову во время его рабочего визита в нашу республику этой осенью.
О деятельности и достижениях этого структурного подразделения университета рассказала его руководитель, проректор КБГУ по научно-исследовательской работе, доктор химических наук, профессор Светлана Хаширова.
Совместный проект
В настоящее время сложно найти человека, который бы ничего не слышал о 3D-печати. Однако в 2014 году, когда мы решились на выполнение совместного проекта Фонда перспективных исследований и Министерства образования и науки РФ, о таких технологиях в нашей стране знали лишь единицы.
В России практически отсутствовал научно-технический задел в области создания отечественных материалов нового поколения и оборудования для 3D-печати. Выполнение научных исследований и разработок в данном направлении было связано с высокой степенью риска достижения качественно новых результатов. Именно такие высокорисковые прорывные исследования поддерживает государственный Фонд перспективных исследований, который содействует созданию инновационных технологий и производства высокотехнологичной продукции военного, специального и двойного назначения.
В 2014 году мы подали амбициозную заявку на конкурс в ФПИ на создание специализированных для 3D-печати
отечественных суперконструкционных полимеров, разработку первой в России аддитивной машины и технологических режимов 3D-печати. Решить столько задач за три года не брались ни один столичный вуз и институт.
Фонд перспективных исследований и Минобрнауки России поддержали нашу заявку, и в 2014 году КБГУ вошёл в число первых пяти вузов в РФ, которые были отобраны для решения прорывных задач, стоящих перед нашей страной. В КБГУ совместно с ФПИ была создана лаборатория прогрессивных полимеров.
Школа Микитаева
Амбиции для решения таких непростых задач в КБГУ, конечно же, возникли не случайно. За спиной была сильнейшая в РФ научная полимерная школа заслуженного деятеля науки РФ, доктора химических наук, профессора КБГУ Абдулаха Микитаева.
Лаборатория прогрессивных полимеров, созданная в 2014 году для реализации научно-технического проекта «Разработка технологии 3D-печати суперконструкционных полимеров нового поколения», была оснащена современным научно-исследовательским и опытно-промышленным оборудованием для проведения полного цикла работ – от формирования научной идеи до её воплощения в реальность.
Абдулаха Касбулатовича уже с нами нет, но его научная школа растёт и развивается. В 2014 году в лаборатории было 27 сотрудников, а сейчас она переросла в центр прогрессивных материалов и аддитивных технологий, где работают 42 научных сотрудника, более половины имеют учёную степень. Средний возраст членов трудового коллектива – 37 лет, все они выпускники химического факультета КБГУ.
Здесь успешно работают доктор химических наук, профессор Ауэс Беев, кандидаты химических наук, старшие научные сотрудники Азамат Жанситов, Игорь Долбин и Альберт Шабаев, кандидаты технических наук, старшие научные сотрудники Исмел Мусов, Азамат Слонов, Амина Виндижева и другие учёные. Жанна Курданова, Диана Хакулова, Камилла Шахмурзова защитили первые в нашей стране кандидатские диссертации в области разработки отечественных суперконструкционных полимеров и композитов для аддитивных технологий, ещё четверо молодых учёных готовятся к защите.
Разработанные материалы
Лабораторией достигнут ряд оригинальных научных результатов в области поликонденсационных полимеров различного класса, получивших международное признание и поддержку в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России» и других государственных программ.
К числу разработанных материалов относятся высокобарьерные плёнки с высокими защитными свойствами, применяющиеся для упаковки и хранения пищевых продуктов и напитков. Созданы композиты для производства кабельной продукции с высокими огнестойкими свойствами, крупногабаритной ударопрочной тары для хранения фруктов. Разработаны полимерные гели и растворы, которые могут применяться в медицине и сельском хозяйстве.
За последние пять лет сотрудниками лаборатории опубликовано более 500 научных статей, получено более 30 патентов, успешно выполнен проект Фонда перспективных исследований, выполняются два проекта Минобрнауки РФ совместно с АО «Композит» корпорации «Роскосмос» (Королёв).
Специально для 3D-печати
Аддитивные технологии используются при создании космической и авиационной техники, морских судов и автомобилей, в строительстве, нефтегазовом и инфраструктурном секторе. Также 3D-печать применяется там, где нужны уникальные детали или их относительно малое количество (архитектурные элементы, части роботов, ювелирные изделия и т.п.), она очень востребована в медицине (протезирование).
Любой полимер для аддитивных технологий не подходит. Он должен иметь особую уникальную структуру, которая позволит получать лучшие характеристики, чем у материалов, изготовленных в процессе литья.
Мы решаем задачу получения специальных полимеров, в том числе для 3D-печати, которые отечественной промышленностью, к сожалению, не производятся. Их выпускают всего две-три фирмы в мире, и общий объём производства очень мал – около 100 тысяч тонн в год.
Зарубежные технологии получения таких полимеров закрыты, поэтому наши проекты направлены на разработку отечественной технологии, изучение возможности модификации для создания высокопрочных композитов и обеспечения гибкости применения, технологичности для использования в аддитивных технологиях.
В настоящее время мы уже разработали ряд технологий получения суперконструкционных полимеров и линейку отечественных материалов для 3D-печати (более 30 рецептур), но, несмотря на достигнутые успехи, продолжаем работать в этом направлении, ставя перед собой всё более грандиозные задачи.
Разработанные коллективом лаборатории уникальные технологии получения суперконструкционных полимеров для 3D-печати не имеют аналогов в России и по большинству характеристик превосходят зарубежные образцы. Большим достижением является создание первого в Российской Федерации демонстрационного образца аддитивного оборудования для лазерного спекания полиэфирэфиркетонов (высокотемпературных полимеров, обладающих уникальными эксплуатационными характеристиками, которые сохраняются при нагреве материала до 310°C). Такое оборудование планируется производить совместно с индустриальным партнёром АО «Композит» («Роскосмос»).
Подготовка научных кадров
Наш центр включён в комплексный план развития и внедрения аддитивных технологий в Российской Федерации до 2025 года как исполнитель мероприятия по разработке линейки отечественных суперконструкционных полимеров и композитов для 3D-печати и образовательных программ в этой области. Под руководством сотрудников лаборатории ведётся подготовка научных кадров.
Так, весной этого года в коворкинг-центре КБГУ «Точка кипения» департамент сопровождения проектов программы «Национальная технологическая инициатива» и общественных мероприятий провёл финальную презентацию студенческих инновационных проектов образовательного интенсива «Цифровая высота». Одним из самых перспективных эксперты признали проект «Разработка биокомпозитного полиэфирэфиркетона нового поколения для 3D-печати имплантатов с программируемыми свойствами» по замене металлических пластин, имплантируемых при сложных костных травмах, на пластиковые аналоги, изготавливаемые при помощи 3D-принтера.
На лидирующих позициях
Деятельность центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ направлена на развитие таких передовых производственных технологий, как разработка новых отечественных полимерных и композиционных материалов, цифровое проектирование и моделирование конструкций из полимерных материалов и композитов, аддитивные технологии, оборудование для аддитивных технологий.
Передовые полимерные материалы, разрабатываемые в центре, перспективны для большинства рынков НТИ, высокотехнологичных отраслей промышленности.
Детали для космической техники, воздуховоды для магистрального самолёта МС-21, первый в Российской Федерации образец аддитивного оборудования для селективного лазерного спекания высокотермостойких полимеров… Во многом центр прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ занимает лидирующие позиции в РФ, держит приоритет, является первооткрывателем.
Изготовление имплантатов
К числу недавних проектов центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ относится решение задачи, связанной с нейрохирургией. На преконгрессе международного симпозиума нейрохирургов, проходившем в сентябре в Нальчике, ведущие нейрохирурги страны признали достижения КБГУ в области разработки суперконструкционных материалов и технологии их 3D-печати передовыми и подчеркнули высокую потребность отечественной медицины в таких материалах для изготовления имплантатов.
В рамках преконгресса главный внештатный детский специалист – нейрохирург Москвы, руководитель отделения нейрохирургии и нейротравмы Научно-исследовательского института неотложной детской хирургии и травматологии департамента здравоохранения Москвы, доктор медицинских наук Жанна Семёнова продемонстрировала первые результаты успешных совместных исследований по реконструкции черепа крыс с использованием имплантатов из разработанных в центре прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ суперконструкционных полимеров. Отмечено, что испытания на лабораторных животных прошли успешно, крысы чувствуют себя прекрасно. В ближайшем будущем, после сертификации, разработанные материалы можно будет применять в качестве имплантатов, при этом печатать их индивидуально для каждого пациента в значительно более короткие сроки.
Сотрудники центра неоднократно оказывали помощь хирургам по 3D-печати хирургических шаблонов для проведения операций. На основе предоставленных врачами снимков были созданы 3D-модели повреждённых фрагментов черепа, челюстно-лицевой области ряда пациентов. Методом 3D-печати полностью воссоздаются повреждённые части скелета человека. Применение таких шаблонов помогает хирургам повысить точность проведения операций, снизить риск осложнений и сократить время реабилитации.
Награды
Работы, выполняемые в КБГУ в рамках проектов Минобрнауки РФ, отмечены дипломами и медалями на международном уровне: 47-я международная выставка изобретений в Женеве – серебряная медаль; Международная выставка интеллектуальной собственности, изобретений, инноваций и технологий в Бангкоке (IPITEx-2019) – серебряная медаль; Международная ярмарка изобретений в Сеуле (SIIF-2018) – бронзовая медаль и специальная награда; 69-я международная выставка «Идеи – инновации – новые разработки» IENA – две золотые медали; международная выставка в Париже, конкурс «LEPINE» – золотая медаль, серебряная медаль, бронзовая медаль; международный салон в Женеве – две серебряные медали и бронзовая медаль; международная выставка в Брюсселе «Eureka» – две золотые медали, 57-я всемирная выставка исследований и изобретений в Брюсселе – золотая медаль.
Записала Ирина Богачёва
Источник: http://gazeta.kbpravda.ru/node/25537