HARZ Labs – крупнейший производитель материалов для 3D-печати. Здесь могут напечатать детали размером от 3 м до нескольких микронов. Собственная научная лаборатория позволяет постоянно совершенствовать качество и создавать разработки точно под запросы клиентов. В HARZ Labs считают, что настало время нового мышления: если тебе что-нибудь нужно, не надо это искать – просто пойди и распечатай.

В компании HARZ Labs занимаются вопросами химического состава материалов для 3D-печати. Эта технология возникла около 40 лет назад и тогда называлась стереолитографией – от этого слова сохранилось название формата файла для 3D-печати – STL (stereolithography).

Мы беседуем в уютном холле компании HARZ Labs, расположившись на огромном диване. Трудно поверить, что это гнездышко научной мысли находится в ангаре на ничем не примечательной улице. За нашей спиной через стеклянную перегородку видно что-то вроде кухни с большим количеством оранжевых «кофемашин». Спрашиваю Никиту, чем ему нравится HARZ Labs. «Приятно работать в отрасли, которая твой ровесник (первый патент на технологию 3D-печати был оформлен в 1986 году). Здесь мы занимаемся тем, что является лицом XXI века, и мы не рекламный сектор, не магазин, с нас начинается именно то, чем потом все пользуются. Воспроизводить заданную модель научились относительно давно. Проблема именно в том, чтобы она соответствовала по физико-механическим свойствам», – объясняет Никита.

Из композиций, полученных в компании, печатают на различных типах принтеров (DLP, LCD, SLA) изделия, которые затем используют для тестов физико-механических и специальных, например химстойкость, свойств. Преимущество расположения производства в тихом районе в том, что некоторые виды принтеров, например лазерный, используют зеркала, приводимые в движение гальванометром, и даже небольшая сейсмичность в окружающем мире приводит к отклонениям от заданных параметров модели. Набор LCD-принтеров, которые очень похожи на кофемашины, как раз стоит за нашей спиной подальше от окон, чтобы ультрафиолетовые лучи не повредили светочувствительную полимерную смолу. Оранжевые крышки корпуса служат той же цели – защите от света.

Никита открывает один из принтеров и показывает, как из лужицы вязкого вещества формируется твердая структура. В кювету с полимером опускается рабочая платформа на расстояние, равное толщине одного слоя, от дна ванночки. Снизу расположены диоды, которые излучают свет определенной длины волны, он засвечивает тонкий слой полимера на платформе. Этот слой затвердевает. При этом внизу есть экран, который закрывает участки, отсутствующие у модели на данном срезе. Затем столик приподнимается, чтобы в рабочее пространство затекла очередная порция смолы, и опускается вновь уже на другое расстояние от дна, для образования следующего слоя. Фигура получается свисающей с рабочей платформы, как сталактит. После печати в порах модели остается жидкий полимер. Чтобы избавиться от него, модель промывают в ультразвуковой ванне с использованием изопропилового спирта. Если в модели были нависающие элементы, их печатают с помощью тоненьких поддержек, которые затем удаляются. Спиртовая ванна помогает избавиться и от следов этих поддержек. Для окончательного отвердевания объект освещают ультрафиолетом в специальной камере. Поток света должен распределяться равномерно, в противном случае модель может деформироваться из-за неравномерной усадки полимера.

Жидкий полимер проверяют на соответствие установленным значениям вязкости, плотности, размера частиц, напечатанное на 3D-принтере изделие – на физико-механические свойства, цветовую гамму (важно для стоматологии), стойкость к агрессивным средам. Этот анализ, как и непосредственная разработка смол, производится в сердце HARZ Labs – лаборатории инновационных технологий получения полимерных материалов и изделий.

Мы заходим в лабораторию, и в качестве демонстрации Никита опробует прочность образца, выдержанного в течение четырех дней в щелочи, на изгиб. Разрывная машина рисует график сопротивления материала нагрузке, но в конце концов прибор победил, и тестовый образец сломался. Но значения, при которых это произошло, кажется, всех устроили.

Еще тут находится трехвалковая мельница – оборудование, где замешивают химические составы; оборудование для контроля качества и для постобработки. Кроме того, здесь стоит целый парк принтеров: лазерный (SLA), LCD-принтер и DLP-принтер. Преимущества DLP- и LCD-принтеров перед лазерным – большая скорость печати. Настройки для принтеров под каждый полимер подбираются опытным путем, в среднем время застывания слоя – 2 секунды. При толщине слоя 10 микрон за час можно «вырастить» деталь высотой почти 2 см.

В зале перед лабораторией находится промышленный лазерный принтер. Принцип его работы немного иной: лазер находится сверху, а столик опускается вниз, модель растет, как сталагмит.

Чтобы изделие могло находиться под нагрузкой, промышленности нужны усиленные полимеры, а еще иногда они должны быть термостойкими. Труднее всего понять, какие химические свойства материала детали являются существенными при ее функционировании, чтобы именно их постараться воспроизвести в фотополимере.

Для производства чаще печатают прототипы для литья в силикон. Сначала печатается деталь, по ней изготавливается силиконовая форма, и в нее заливается пластик. Для ста одинаковых изделий такой процесс дешевле и быстрее, че м печать всех ста деталей на 3D-принтере.

Другой вариант – это литье по выжигаемым моделям. Напечатанную модель упаковывают в гипсовую массу и отправляют в муфельную печь, полимер выгорает, и в эту полость заливают металл. Такой способ чаще всего используют в ювелирной промышленности, космической отрасли, художественном литье.

Помимо производственного, HARZ Labs активно развивает медицинское направление. 3D-печать используется в основном в хирургии и стоматологии. Направление активно развивается, можно печатать шаблоны для имплантации, временные коронки и мосты зубов, съемные протезы.

Что касается дентальной области, есть такие материалы, которые не повторить, например пломбировочные составы, но коронки, мосты и даже челюсти можно напечатать. Ключевой фактор при разработке стоматологических смол – биосовместимость. «При полной УФ-обработке, – поясняет Никита, – полимер отвердевает не полностью, а где-то на 85–90%. От той части, которая не отверждена, может со временем исходить определенный вред. Для этого делаются исследования на цитотоксичность (разрушающее действие неотвержденной части изделия на человеческие клетки). Но мы пока находимся в начале развития отрасли и постоянно совершенствуем качество наших фотополимеров».

На этом наша экскурсия по производственным помещениям HARZ Labs закончилась. На зуб из фотополимера мне решиться пока сложно, а вот сломанную ручку от чемодана точно распечатаю на 3D-принтере – «не надо искать и покупать, просто пойди и распечатай».