3D-технології і 2D-матеріали
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вісник НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2019 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2019
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/158152 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | 3D-технології і 2D-матеріали / С.О. Фірстов // Вісник Національної академії наук України. — 2019. — № 5. — С. 14-18. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859810014348181504 |
|---|---|
| author | Фірстов, С.О. |
| author_facet | Фірстов, С.О. |
| citation_txt | 3D-технології і 2D-матеріали / С.О. Фірстов // Вісник Національної академії наук України. — 2019. — № 5. — С. 14-18. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вісник НАН України |
| first_indexed | 2025-12-07T15:18:43Z |
| format | Article |
| fulltext |
14 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2019. (5)
3D-ТЕХНОЛОГІЇ
І 2D-МАТЕРІАЛИ
Шановний Борисе Євгеновичу!
Шановне товариство!
Серед порушених у доповіді Президента НАН України питань
одними з найважливіших є проблеми актуалізації наукових
розробок та їх практичного використання. Дозвольте на допо-
внення доповіді Бориса Євгеновича привернути вашу увагу до
нагальних проблем нашої матеріалознавчої науки, зокрема до
таких напрямів, як 3D-технології і 2D-матеріали.
Передбачити майбутнє досить важко. Свого часу один із
засновників і перший президент компанії IBM Томас Вотсон
вважав, що декілька комп’ютерів цілком забезпечать потреби
суспільства, а в 1982 р. засновник корпорації «Майкрософт»
Білл Гейтс був упевнений, що в майбутньому кожному виста-
чить 640 кБ пам’яті. За словами найбільш відомого сьогодні
«гуру» інноваційного процесу у США, співголови інновацій-
ного центру компанії Deloitte Джона Хагеля, якщо раніше,
«протягом століть бізнес був організований навколо запасів
знань як основи для створення вартості, … і ключ до створення
економічної цінності полягав у тому, щоб опанувати ці знання,
агресивно їх захищати, а після ефективно видобути з них еко-
номічну цінність і доставити її на ринок», то сьогодні проблема
полягає в тому, що «запаси знань знецінюються прискореними
темпами, і ключове джерело економічної цінності зміщується
від запасів до потоків знань». Ці слова Дж. Хагеля насамперед
були адресовані американцям, але наступна його фраза, на мою
думку, дуже важлива й для України: «Дедалі більше все зале-
жатиме від здатності вас самих, вашої спільноти, вашого міста,
вашого підприємства, вашої школи, вашої країни долучатися
до все більшої кількості потоків знань та інвестицій, а не лише
покладатися на запаси». По суті це означає, що у сучасному сві-
ті ми маємо бути істотно мобільнішими.
З цього погляду хочу звернути вашу увагу на майбутнє в
розрізі нових матеріалознавчих і технологічних рішень, які
формують нові потоки знань і дають змогу на мікро-, нано- і пі-
ВИСТУПИ
ФІРСТОВ
Сергій Олексійович —
академік НАН України, перший
заступник директора Інституту
проблем матеріалознавства
ім. І.М. Францевича НАН
України
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2019, № 5 15
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
них властивостей перших зразків для вибору
оптимального обладнання для закупівлі. На
жаль, в Україні таке обладнання поки що не
виробляється.
Крім того, має бути вирішено питання
отримання гранул ідеально сферичної фор-
ми, і в Інституті проблем матеріалознавства
ім. І.М. Францевича НАН України є певні на-
працювання. При пошаровому наплавленні
таких гранул (рис. 2) під дією електронного
або лазерного променя у невеликому об’ємі
(з лінійним розміром <100 мкм) відбувається
розплавлення і кристалізація металу. Процеси
Рис. 1. Компоненти ендопротезу кульшового суглоба з
напиленням з біоактивної кераміки, отримані за допо-
могою 3D-друку
корівнях керувати структурою і властивостя-
ми матеріалів. Це насамперед 3D-технології та
матеріалознавчі аспекти їх оптимізації, а також
створення нових 2D-матеріалів з урахуван-
ням особливостей їх одержання, електронної
структури, незвичайної стехіометрії тощо.
Сучасне матеріалознавство ґрунтується на
своєрідному трикутнику «структура — склад —
властивості». За допомогою технологій ми мо-
жемо впливати на структуру і склад матеріалів
з метою отримання тих чи інших потрібних
нам властивостей і створювати в такий спосіб
нову економічну цінність.
Спочатку кілька слів про 3D-технології.
Стандартами ASTM рекомендовано два осно-
вних терміни — Additive Fabrication (AF), і Ad-
ditive Manufacturing (AM). Українською корек-
тний переклад — «адитивні технології», але по-
ширеною є також назва 3D-прототипування.
Розроблення, застосування та вдосконален-
ня 3D-технологій (адитивних технологій) є
одним з найактуальніших завдань сьогодення.
На сьогодні відомо вже близько трьох десятків
різновидів керованого комп’ютером пошарово-
го виготовлення виробів з металевих, кераміч-
них, полімерних та композиційних матеріалів.
Ці технології дають змогу отримувати зразки
складної форми та складної внутрішньої ар-
хітектури, і, як наслідок, уже зараз почали
з’являтися цифрові маловідходні міні-заводи з
виробництва найрізноманітнішої продукції.
За оцінками експертів, у найближчі 20 років
цифрове виробництво значною мірою витіс-
нить традиційне, особливо для виробів з ви-
сокою кінцевою вартістю. Масове застосуван-
ня таких технологій пов’язують з переходом
людства до шостого технологічного укладу. Це
по суті нова промислова революція, і наше за-
вдання — долучитися до неї.
Наведу кілька прикладів. Українська компа-
нія «Лікар-Інвест» за участі фахівців Інститу-
ту проблем матеріалознавства ім. І.М. Фран-
цевича НАН України планує розпочати ви-
робництво сучасних хірургічних імплантатів
для ортопедії з новітніх біосумісних сплавів
титану. Це вироби досить складної форми
(рис. 1). Наразі проведено тестування механіч-
Рис. 2. Гранули, отримані методом розпилення спла-
ву титану в аргонно-гелієвій плазмі, розміром 80–
100 мкм
16 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2019. (5)
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
структуро- та фазоутворення при цьому значно
відрізняються від процесів, що відбуваються
при застосуванні стандартних технологій. Це
абсолютно нова мікрометалургія з нетипови-
ми структурами, незвичайними властивостя-
ми, особливості якої потребують детального
вивчення. Для одержання цим способом виро-
бів із заздалегідь заданими властивостями нам
передусім належить дослідити, які саме проце-
си і перетворення відбуваються в таких мікро-
структурах. Розвиток цього напряму потребує
закупівлі та/або розроблення обладнання для
3D-прототипування, а також інтенсифікації
співпраці з розроблення технологій отримання
гранул не зі стандартних, а з нових, створюва-
них в Україні, сплавів.
Іншим напрямом використання 3D-друку
є персоналізоване виготовлення імплантатів
з біоактивної кераміки, призначених для кон-
кретного пацієнта, адже протез кістки, ураже-
ної, скажімо, злоякісними новоутвореннями,
є унікальним. На основі комп’ютерної томо-
графії та цифрової обробки отриманих даних
можна змоделювати і виготовити за допомо-
гою 3D-технологій імплантат, необхідний для
кожного окремого хворого. Такі технології
3D-м оде лювання і 3D-друку персоніфікова-
них моделей кісток успішно опановують в
Інституті експериментальної патології, онко-
логії і радіобіології ім. Р.Є. Кавецького НАН
України, Інституті травматології та ортопедії
НАМН України, Національному медичному
університеті ім. О.О. Богомольця, Українській
військово-медичній академії МО України та
інших провідних медичних закладах. Більше
того, відомий у світі винахідник біоскла про-
фесор Ларрі Хенч (Larry Hench) з Технологіч-
ного інституту Флориди (Florida Institute of
Technology) вважав, що нинішнє покоління біо-
матеріалів, поєднуючи в собі такі властивості,
як розчинність та біологічна активність, здатні
допомогти організму після імплантації само-
му зцілити себе. Для надійної інтеграції та по-
дальшого заміщення імплантата повноцінною
кістковою тканиною важливо відтворити точ-
ну форму дефекту, структуру пор і забезпечити
достатню міцність виробу, а далі організм впо-
рається сам. Нещодавно з’явилася інформація,
що вченим в Ізраїлі вдалося надрукувати на
3D-принтері з використанням живих тканин
штучне серце. І хоча це зменшена модель, але в
ній уперше було відтворено структуру органа.
Якщо це дійсно так, ця робота відкриває нові
можливості створення штучних органів з клі-
тин самого пацієнта, і, можливо, у майбутньо-
му донорські органи стануть непотрібними.
Як приклад технічного застосування 3D-тех-
нологій в Україні можна навести розроблення
технології 3D-друку розпиленням розчину по-
лімеру на шар керамічного порошку (рис. 3) і
використання її для подальшого виробництва
на заводі «Арсенал» окремих зразків сучасної
військової техніки (рис. 4). Ця робота викону-
ється спільними зусиллями фахівців НТУУ
«Київський політехнічний інститут імені Іго-
ря Сікорського» та Інституту проблем матеріа-
лознавства ім. І.М. Францевича НАН України
під керівництвом члена-кореспондента НАН
України А.В. Рагулі.
Тепер коротко зупинюся на напрямі зі ство-
рення новітніх 2D-матеріалів. Одним із провід-
них учених у цій галузі є вихованець Інституту
проблем матеріалознавства ім. І.М. Франце-
вича НАН України, а тепер професор Універ-
ситету Дрекселя (США), засновник та дирек-
тор Інституту наноматеріалів імені Дрекселя
Юрій Гогоці. Його надзвичайно високі на-
укометричні показники (індекс Гірша — 132,
кількість цитувань — 84 466, лише за неповні
чотири місяці цього року кількість цитувань
сягнула приблизно 8000) пов’язані з тим, що
він відкрив по суті новий клас двовимірних
матеріалів — максени (MXenes), які склада-
ються з шарів карбідів, нітридів або карбоні-
тридів перехідних металів завтовшки у декіль-
ка атомів. Порівняно з таким широковідомим
2D-матеріалом, як графен, кількість варіантів
сполук у цьому класі на 2–3 порядки більша,
а спектр можливих застосувань максенів наба-
гато ширший.
Загалом сьогодні у світі 2D-матеріалам (гра-
фени, максени та багато інших) присвячено ве-
личезну кількість робіт. Двовимірні матеріали
приваблюють учених тим, що, по-перше, мають
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2019, № 5 17
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
Рис. 4. Напівфабрикати, надруковані з оптично прозо-
рої кераміки до відпалу
Рис. 3. Устаткування (Pro Jet 360) для 3D-друку роз-
пиленням розчину полімеру на шар керамічного по-
рошку
унікальні властивості і самі по собі є дуже ціка-
вими об’єктами досліджень, по-друге, завдяки
ним можна отримувати сполуки з такою сте-
хіо метрією, якої не існує у тривимірних струк-
турах, а по-третє, на їх основі можна створюва-
ти принципово нові композити. На мою думку,
українські науковці мають якомога активніше
долучатися до досліджень з цього напряму.
Так, отримавши минулого року досить неве-
лике фінансування за бюджетною програмою
КПКВК 6541230, в Інституті проблем матеріа-
лознавства ім. І.М. Францевича НАН України
за ініціативою директора Інституту академіка
Ю.М. Солоніна створено молодіжну дослід-
ницьку лабораторію, яка працює над виконан-
ням проекту «Максени — двовимірні форми
карбідів, карбонітридів, нітридів та інтермета-
ліди: їх каталітичні властивості і застосування
у водневій енергетиці» (науковий керівник —
Д.С. Корабльов). Участь у цій лабораторії бе-
руть також молоді львівські вчені з Фізико-
механічного інституту ім. Г.В. Карпенка НАН
України. Інша молодіжна лабораторія в нашо-
му Інституті займається використанням 3D-
технологій для розроблення паливних комірок
нового покоління (керівник — Є.М. Бродні-
ковський). Нещодавно вони вибороли грант і
беруть участь у проекті рамкової програми ЄС
«Горизонт-2020» № 779730 TeacHy (Teaching
Fuel Cell and Hydrogen Science and Engineering
Across Europe within Horizon 2020).
На жаль, роботами нашого Інституту за
цими ключовими сьогодні напрямами науки
і технологічного розвитку набагато більше ці-
кавляться китайські колеги, ніж український
уряд. Рапортуючи про досягнення у галузі
сільського господарства, нашим урядовцям все
ж не слід забувати, що саме в нинішньому світі
визначає майбутнє будь-якої держави.
Сьогодні у Сполучених Штатах активно
розвивається ще один матеріалознавчий на-
прям — геном матеріалів (materials genome). Це
використання нових сучасних цифрових тех-
нологій для розроблення, моделювання влас-
тивостей, оцінювання та проектування нових
матеріалів. Починаючи з 2011 р. в США реалі-
зується концепція Materials Genome Initiative
(MGI), яка має принаймні вдвічі зменшити час
виконання і вартість циклу робіт від початку
розроблення до впровадження нового мате-
ріалу завдяки безперервному обміну інфор-
мацією на всіх стадіях розроблення, для всіх
типів матеріалів, у всіх предметних сферах.
Нові перспективні матеріали дуже важливі
для забезпечення економічної безпеки, однак
від початкового відкриття нового матеріалу до
його виходу на ринок минає 20, а іноді й біль-
ше років. Тому прискорення темпів створення
і впровадження передових систем матеріалів
матиме вирішальне значення для досягнення
глобальної конкурентоспроможності в ХХІ ст.
І уряд США, на відміну від українських мож-
18 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2019. (5)
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
новладців, це добре усвідомлює, всіляко спри-
яючи і щедро фінансуючи цю програму.
На мою думку, нагальним завданням для
НАН України сьогодні є вжиття всіх можли-
вих заходів для досягнення порозуміння і з
владою, і з приватними структурами. У більш
широкому сенсі йдеться не тільки про науков-
ців, що працюють в установах НАН України, а
й загалом про підвищення ролі науки у житті
держави, повернення до реалізації інновацій-
ного розвитку України.
Першим кроком на цьому шляху може бути
відродження Державного комітету з питань
науки і техніки або якоїсь подібної державної
структури, головне, щоб до її складу входили
фахівці, які добре розуміються на проблемах
сучасного науково-технічного прогресу. Це до-
зволить подолати таку неприродну тенденцію,
коли розробки наших вчених привертають ве-
личезну увагу зарубіжних країн і недооціню-
ються власною державою.
Необхідно також докласти зусиль для запо-
чаткування реального приватно-державного
партнерства у науковій сфері. Йдеться як про
можливу участь приватних структур у запо-
чаткуванні проривних проектів, так і про орга-
нізацію наукових досліджень, результати яких
мають втілюватися на малих та середніх під-
приємствах.
І на завершення хочу запевнити, якщо
Академія і держава сприятимуть створенню
науково-технічного центру 3D-технологій, то
матеріалознавці не підведуть.
Дякую за увагу!
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-158152 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0372-6436 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:18:43Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Фірстов, С.О. 2019-07-26T18:44:28Z 2019-07-26T18:44:28Z 2019 3D-технології і 2D-матеріали / С.О. Фірстов // Вісник Національної академії наук України. — 2019. — № 5. — С. 14-18. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/158152 uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Вісник НАН України Загальні збори НАН України 3D-технології і 2D-матеріали 3D Technology and 2D Materials 3D-технологии и 2D-материалы Article published earlier |
| spellingShingle | 3D-технології і 2D-матеріали Фірстов, С.О. Загальні збори НАН України |
| title | 3D-технології і 2D-матеріали |
| title_alt | 3D Technology and 2D Materials 3D-технологии и 2D-материалы |
| title_full | 3D-технології і 2D-матеріали |
| title_fullStr | 3D-технології і 2D-матеріали |
| title_full_unstemmed | 3D-технології і 2D-матеріали |
| title_short | 3D-технології і 2D-матеріали |
| title_sort | 3d-технології і 2d-матеріали |
| topic | Загальні збори НАН України |
| topic_facet | Загальні збори НАН України |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/158152 |
| work_keys_str_mv | AT fírstovso 3dtehnologííí2dmateríali AT fírstovso 3dtechnologyand2dmaterials AT fírstovso 3dtehnologiii2dmaterialy |