Развитие методов и технологий прецизионного гибридного послойного лазерного формообразования

Проект направлен на развитие методов и технологий прецизионного гибридного послойного лазерного формообразования Цель проекта изучение и разработка новых методов и технологий создания объектов со сложной микроструктурой, заданными свойствами по пористости, теплопроводности и объёмной проводимости методами гибридного лазерного формообразования, развитие имеющихся и создание новых программно-аппаратных средств подготовки исходных данных для синтеза, управления технологическим процессом формообразования и контроля его параметров в реальном времени, измерения характеристик формируемых объектов, а также изготовление опытных образцов для микромеханики, микроэлектроники и биомедицины. Создано экспериментальное оборудование для гибридного трехмерного синтеза со сменными диспенсерными головками, обеспечивающее работу с жидкими и пастообразными композициями в диапазонах вязкости 0,5-10000 сПз. Исследованы технологические особенности нанесения и лазерной модификации новых гетерогенных композиций на основе ультрадисперсных нанокомпозиций, содержащих серебряные частицы размером до 6 нм, медные частицы, наноразмерный оксид никеля. Разработаны алгоритмы и программные средства управления диспенсерными головками различной конструкции для получения минимально возможного для данных головок размера формируемых микроструктур из таких композиций на различных подложках. Разработана и создана система управления, позволяющая организовать синхронное взаимодействие функциональных модулей гибридного 3D принтера, и обеспечивающая печать двумя видами микродиспенсеров для формирования трехмерной послойной топологии разными по свойствам композициями (например, диэлектрическими и проводящими) в выбранных слоях. В процессе экспериментальной проверки разработанных средства управления выполнено формирование проводящих дорожек заданной ширины на поверхности полиимидной пленки с использованием серебросодержащих чернил и композиции без наполнителя с вязкостью 1000 сПз в несколько этапов. Для снятия ограничений, связанных с трудностями получения импортных диспенсеров высокого разрешения, разработана собственная технология изготовления пьезодиспенсера с диаметром сопла от 30мкм до 150 мкм. Разработаны технологии гибридного лазерного формирования микропористых покрытий с заданной формой поверхности, прочностью, теплопроводностью и пористостью, меняющейся по объёму изделия. Проведены исследования теплообмена критических тепловых потоков и динамики парообразования при кипении жидкого азота при давлениях 0,1 и 0,018 МПа в условиях стационарного тепловыделения. Испытания покрытия из порошка меди с частицами размером 20-50 мкм, с пористостью 30% и синусоидальной зависимостью распределения локальной толщины покрытия по поперечной координате при расстоянии между соседними выступами 2010 мкм и толщиной покрытия по высоте гребня δ = 480 мкм, показали значительное (до 6 раз) усиление теплоотдачи. Проведено исследование особенностей SLS/LSM технологии при нанесении на плоские поверхности капиллярно-пористых металлических покрытий с высокой теплопроводностью (медь, бронза) заданной формы и требуемыми характеристиками по пористости с размерами пор в диапазоне 20-300 мкм на подложки из различных металлов. Проведена разработка экспериментального стенда (ЭС) для послойного локального нанесения программно-заданной 3D топологии жидких и пастообразных композиций с заданной проводимостью и вязкостью на различные подложки и их последующей гибридной лазерной обработки. Основой стенда является гибридная диспенсерно-лазерная головка с двумя сменными диспенсерами скоростного дозирования субнанолитровых и пиколитровых объемов жидких композиций. Для локальной постобработки нанесенных композиций встроены управляемые программно лазерные излучатели ультрафиолетового и инфракрасного диапазона с фокусирующей оптикой. Для работ с большими зонами нанесения УФ отверждаемых полимеров имеется мощный УФ диод. Проведены исследования режимов лазерного синтеза трехмерных изделий методом послойного спекания порошка гидроксиапатита. Показано, что быстрый нагрев гидроксиапатита лазерным излучением СО2 лазера позволяет при определенных условиях обеспечить его конгруэнтное плавление с образованием перекристаллизованного монослоя оксигидроксиапатита. Проведены эксперименты по определению технологических режимов лазерной поверхностной фемтосекундной микрообработки металлических образцов – поверхностного упрочнения, уменьшения шероховатости, микроперфорации. Найдены режимы увеличения поверхностной микротвёрдости для закаленных заготовок из инструментальных сталей. С помощью разработанного в тематической группе 07-1 гравиметра зарегистрированы техногенные эффекты, связанные с эксплуатацией крупных водохранилищ и месторождений полезных ископаемых в Сибири. В результате анализа получены скорости движений земной коры в зонах эксплуатации крупных техногенных объектов в отдельные эпохи измерений. Для гидротехнических сооружений они достигают 5 мм/год. Разработан метод автоматического выставления вертикали абсолютного лазерного баллистического гравиметра. Коррекция вертикали рабочего луча гравиметра производится с помощью актуаторов, установленных на подвижных опорах основания гравиметра. Экспериментальная проверка способа показала, что погрешность выставления вертикали не превышает 3-10. Исследованы методы для усовершенствования системы доставки свободно падающего тела (СПТ) в стартовое положение с помощью датчика положения в абсолютных гравиметрах типа ГАБЛ/ГБЛ. Продолжается мониторинг гравитационного поля Земли в сейсмоактивных зонах и гравиметрических измерений плотности и вертикальных движений земной коры в платформенных областях. Результаты наземных измерений в районах Горного Алтая, полученные методами абсолютной гравиметрии и космической геодезии, рассматривались совместно с моделью геопотенциала EIGEN-6C4 (модель рельефа ETOPO1), построенной по спутниковым данным. Анализируя результаты построений в редукциях Буге и Фая, данные о высотах квазигеоида и соотношение высоты рельефа и аномалий Буге, следует сделать вывод, что в целом территория Горного Алтая изостатически скомпенсирована. Являются нескомпенсированными отдельные межгорные впадины, например Курайская и Чуйская долины. По данным измерений 1992-2022 гг., выполненных методами абсолютной гравиметрии и космической геодезии, определены скорости вертикальных и горизонтальных движений на сейсмостанции «Талая» (Байкальский рифт). Относительно пункта Иркутск (Сибирская платформа) скорость смещения составляет 1,7-1,9 мм/год на юго-восток-восток (ЮВВ).