Одной из главных преград на пути внедрения новых аддитивных технологий является консервативное мышление инженеров и конструкторов, которые продолжают полагаться на традиционные методы производства.
Чтобы преодолеть этот барьер и foster новый подход, Университет МИСИС создал передовую инженерную школу «Материаловедение, аддитивные и сквозные технологии» (ПИШ МАСТ) в сотрудничестве с АО «Наука и инновации», УК «Металлоинвест», АО «ОМК», ЦАГИ и другими партнерами.
Школа направлена на подготовку квалифицированных кадров и реализацию проектов, связанных с научно-технологическим развитием России, особенно в области новых материалов и технологий для перспективных ядерных энергетических установок.
Выпускники школы МАСТ смогут эффективно управлять жизненным циклом отечественных изделий машиностроения, а также развивать новые композитные материалы и технологии их производства.
Важная часть их обучения будет посвящена регенеративной медицине, включая разработку передовых технологий 3D-биопечати и создание нового поколения биопринтеров.
Ученые рассчитывают на получение государственной регистрации для этих устройств к 2030 году, что позволит вводить их в клиническую практику.
ПИШ МАСТ сосредоточена на пяти ключевых научно-образовательных направлениях, основанных на цифровых технологиях: цифровое материаловедение, аддитивные технологии, цифровые технологии металлургии и машиностроения, высокоточное литье, а также биоматериалы и 3D-биопечать.
Организация активно участвует в научной программе Госкорпорации «Росатом», проводя исследования по проекту, связанному с качеством металлических материалов, полученных при затвердевании расплавов. В ходе работы были получены уникальные данные о фазовых переходах, что стало основой для разработки системы сканирования лазерного луча с двумя коллиматорами.
Эта система будет применяться в аддитивных установках нового поколения, обеспечивающих высокий уровень устойчивости к хрупкому разрушению, что существенно расширит возможности аддитивного производства в атомном машиностроении.
Также в ПИШ МАСТ разработаны концепции новых биопринтеров, включая гибридный и магнитоакустический. Использование технологии 3D-биопечати с комбинированной основой, например, для создания кожи, позволяет значительно улучшить биоинтеграцию с организмом пациента.
Технология in-situ обладает преимуществом перед традиционной биопечатью, поскольку организм пациента служит инкубатором для клеток, что исключает необходимость хирургической трансплантации.
В ПИШ МАСТ начаты работы по внедрению аддитивных технологий в атомную отрасль. Особое внимание уделяется разработке технологии производства защитных элементов для атомных реакторов в сотрудничестве с АО «ОКБ Гидропресс» и АО «НПО «ЦНИИТМАШ». При успешных испытаниях эти 3D-печатные элементы могут стать первыми серийными изделиями, используемыми в атомной энергетике.
В 2023 году был создан прототип 3D-принтера, способного производить керамические детали без моделей, что открывает новые горизонты для высокоточного литья. Эти примеры подчеркивают важность обучения студентов на передовом фронте технологий, что является одной из ключевых образовательных идей ПИШ МАСТ.
Школа активно участвует в конкурсах и научных соревнованиях. Так, в ноябре 2023 года ПИШ МАСТ организовал трек на хакатоне инженерных специальностей, проходившем в Сеченовском университете. Участникам задания было предложено создать модель черепного имплантата, учитывающего биомеханические характеристики и геометрию внутренних поверхностей. Победила команда студентов кафедры инжиниринга технологического оборудования Университета МИСИС.
В будущем разработанное изделие может оказать значительное влияние на медицинскую практику, особенно в области черепно-лицевой хирургии и реабилитации после травм. Оно будет служить как защитным элементом для головного мозга, так и средством восстановления естественной формы черепа и лица.
Одной из основных проблем, с которыми сталкиваются современные учебные заведения, является устаревшая материально-техническая база. ПИШ МАСТ в Университете МИСИС активно работает над модернизацией учебных пространств, среди которых выделяются «Виртуальная лаборатория» и «Фабрика для обучения».
«Виртуальная лаборатория» фокусируется на отечественном программном обеспечении, что способствует формированию сообщества пользователей и стимулирует развитие местных программных решений. «Фабрика для обучения» представляет собой комплекс, где студенты могут экспериментировать с технологическими решениями, используя современное оборудование для работы с различными материалами, включая порошковые, металлические и полимерные.
В 2024 году здесь планируется установка нового оборудования для горячего изостатического прессования, что дополнительно расширит возможности студентов в области порошкового и аддитивного производства. Ведется также работа по созданию лаборатории цифровой трансформации и стандартизации, которая будет направлена на внедрение современных стандартов в сфере аддитивных и цифровых технологий, включая SMART-стандарты.
В рамках развития специализированного образования планируется создание лаборатории точного литья на основе комплексно-механизированных участков, где будут применяться 3D-технологии для производства литых деталей из цветных и черных металлов. Эти детали предназначены для авиационной, космической, атомной и автомобильной отраслей.
Важной задачей ПИШ МАСТ является привлечение талантливой молодежи, что достигается через программы, позволяющие студентам параллельно с обучением работать на предприятиях-партнерах и решать реальные задачи. Студенты имеют возможность получать повышенные стипендии, а также, в случае необходимости, размещение в общежитии.
Чтобы учесть разные уровни подготовки, для поступающих предусмотрены бесплатные курсы по математике, физике и материаловедению. В образовательном процессе акцентируется внимание на развитии мягких навыков для эффективного взаимодействия в команде, работающей над сложными проектами.
ПИШ МАСТ применяет мировой опыт и инновационные практики, обучая междисциплинарные команды для реализации сложных проектов в партнерстве с промышленностью. При этом студенты проходят практику на ведущих предприятиях, несмотря на наличие у НИТУ МИСИС собственной инфраструктуры.
Студенты ПИШ МАСТ прошли стажировку в Центре аддитивных технологий Ростеха (АО «ЦАТ»), который занимает лидирующие позиции в аддитивном производстве в России. В образовательной школе реализуются четыре магистерские программы: «Биомедицинская инженерия и биофабрикация», «Цифровое управление технологическими процессами металлургии и машиностроения», «Новые материалы. Порошковые и аддитивные технологии», а также «Современные материалы и методы получения высокоточных отливок». Программы разрабатываются с участием ведущих специалистов с обширным научным и практическим опытом, что обеспечивает высокое качество обучения.
Одним из примеров является новая программа магистратуры по направлению «Цифровое материаловедение», создаваемая совместно с ВНИИА им. Н. Л. Духова. Она нацелена на подготовку специалистов для проекта «Прорыв». Образовательные программы, интегрирующие разнообразные направления, играют важную роль в развитии инновационных технологий. Сетевое взаимодействие с инженерной школой Сеченовского университета позволит развить аддитивные технологии для медицины, подготовив новое поколение медиков-инженеров, которые используют отечественные порошковые материалы, такие как титановые сплавы, для создания персонализированных имплантатов.
Все программы дополнительного профессионального образования адаптированы под потребности индустрии и уровень подготовленности студентов. В частности, две программы по аддитивным технологиям в металлургии и машиностроении, разработанные с участием специалистов Госкорпорации «Росатом», получили высокие оценки от предприятий. Первая программа охватывает «Совершенствование профессиональных компетенций в соответствии с профессиональными стандартами: 3D-технологии в металлургии и машиностроении и изготовление прототипов», а вторая — «3D-технологии в металлургии и машиностроении». Сотрудники металлургических предприятий успешно прошли обучение по указанным программам.
Для активного внедрения аддитивных технологий необходимо разработать соответствующую нормативную документацию. В ПИШ МАСТ была создана программа «Стандартизация передовых производственных технологий», на которой обучались сотрудники научного, машиностроительного и топливного дивизионов Госкорпорации «Росатом». Задачей программы является обеспечение быстрого внедрения аддитивных технологий в атомной отрасли. В «Росатоме» надеются, что через десять лет не менее 500 выпускников ПИШ МАСТ НИТУ МИСИС станут ключевыми фигурами в развитии атомной индустрии, при этом большая часть из них будет работать в научных институтах и предприятиях.
