Исследователи РТУ МИРЭА развивают аддитивный метод изготовления керамических изделий для электроники и СВЧ-техники. Университет уже запатентовал технологию производства многослойных печатных плат на керамической основе, а специалисты Передовой инженерной школы СВЧ-электроники решают другую сложную задачу: добиваются стабильности полимерно-керамической суспензии для печати деталей с заданными электрофизическими свойствами.
Обе работы нацелены на создание точных, прочных и термостойких элементов без дорогостоящей оснастки. Обычное изготовление керамики требует пресс-форм, а их разработка особенно затратна, когда предприятию нужен единичный образец, небольшая партия или оперативная модернизация конструкции.
Как ученые РТУ МИРЭА печатают керамические платы на 3D-принтере
Запатентованный российский метод предназначен для производства многослойных печатных плат на основе керамики. Он объединяет аддитивное изготовление с традиционной обработкой материала. Такой подход позволяет создавать сложные многослойные структуры высокой точности, которые трудно получить стандартными способами.
- Синтезируют полимерно-керамический композиционный материал.
- Печатают изделие на высокоточном 3D-принтере.
- Наносят токопроводящие элементы.
- Проводят завершающий обжиг.
В зависимости от требований к будущей плате разработчики могут использовать высокотемпературную керамику для экстремальных условий либо низкотемпературную керамику для энергоэффективных решений. Готовые печатные элементы сохраняют прочность, устойчивость к механическим нагрузкам и минимальные диэлектрические потери.
«Наша технология делает производство экономически эффективнее и быстрее, при этом сохраняя все ключевые свойства продукции. Это критически важно для современных электронных устройств, где нужны миниатюрные, но долговечные компоненты», сообщил Денис Юшин, руководитель лаборатории аддитивного производства электроники РТУ МИРЭА.
По оценке разработчиков, отказ от сложной оснастки и сокращение технологического процесса могут снизить производственные затраты до 50%. Платы, созданные методом 3D-печати, практически не уступают по свойствам изделиям, изготовленным традиционным способом. Технологию еще дорабатывают.
Почему суспензия стала центральной задачей для СВЧ-деталей
Для печати керамических композитов в РТУ МИРЭА используют LCD-принтеры, которые обычно работают с фотополимерной смолой. В ванну установки заливают не чистую смолу, а суспензию: полимерную основу с порошком титаната бария. После изготовления керамические частицы остаются в детали и формируют требуемые свойства материала.
Главная проблема оказалась в поведении тяжелого наполнителя. В эксперименте с 10% наполнением керамика распределилась неравномерно: в верхней части образца ее почти не было, а в нижней оказалось слишком много. Поддерживающие структуры не устранили оседание и образование комков. Как обеспечить одинаковые свойства по всему объему печатного элемента? Исследователи предложили два решения.
| Подход | Задача в технологическом процессе |
|---|---|
| Ультразвуковое диспергирование | Разбивает слипшиеся частицы и распределяет их по объему суспензии. Установку включают импульсами, чтобы не перегреть смолу. |
| Поверхностно-активные вещества | Замедляют оседание наполнителя и не дают частицам слипаться. В мировой практике для этого используют олеиновую кислоту и специальные добавки. |
Добавки позволяют повысить степень керамического наполнения до 35–55% и сделать состав пригодным для печати. Следующий этап работы состоит в подборе такого состава, который сохранит форму детали во время изготовления и после него. Отдельно ученые настраивают режимы печати и постобработки, поскольку напечатанная деталь может недостаточно прочно удерживаться на рабочем столе принтера.
«Наша цель: получить готовую технологию печати керамических композитов с заданными электрофизическими свойствами. Это позволит разработчикам СВЧ-устройств быстро изготавливать прототипы сложной формы и оперативно вносить изменения в конструкцию», рассказала Светлана Тюрина, кандидат технических наук, заведующий кафедрой инженерии материалов Передовой инженерной школы РТУ МИРЭА.
Где могут использоваться новые керамические изделия
Керамика востребована в СВЧ-технике, поскольку выдерживает высокие температуры и частоты. Новая технология печатных плат рассчитана на микроэлектронику, телекоммуникации, силовую электронику, светодиодное освещение, автомобильную электронику и медицинские приборы. В перспективе метод печати керамических композитов может применяться и в других отраслях, которым требуются прочные, точные и термостойкие детали.
Инженер лаборатории Анастасия Нетреба пояснила, что команда комбинирует различные технологии аддитивного производства и адаптирует процесс под технические задачи. В университете планируют внедрять запатентованную технологию в производство. Исследования также продолжаются в рамках заказа Минобрнауки и с частными заказчиками.
Что меняется для разработки и модернизации электроники
Для конструкторской работы ценность метода состоит в скорости итераций. Разработчик может создавать прототипы сложной формы и менять конструкцию без изготовления новой пресс-формы. Это особенно полезно, если требуется проверить геометрию, многослойную структуру или работу элемента в условиях высоких температур и механических нагрузок.
Результаты исследования суспензий представлены в сборнике научных трудов и опубликованы в журнале. Работа выполнена в Передовой инженерной школе РТУ МИРЭА. О разработке технологии многослойных керамических плат сообщалось 5 мая 2025 года; на изобретение оформлен патент.
Частые вопросы
Сколько стоит разработка?
Конкретную стоимость разработки университет не раскрывал. Авторы технологии многослойных керамических плат сообщили, что отказ от дорогостоящей оснастки и сокращение процесса позволяют снизить затраты на производство до 50%.
Какие сроки?
Точные сроки изготовления не названы. РТУ МИРЭА указывает, что новый метод сокращает сроки производства керамических плат и позволяет быстрее получать прототипы сложной формы.
Можно ли печатать керамические детали сложной формы?
Да. Цель исследования керамических композитов состоит в том, чтобы разработчики СВЧ-устройств могли быстро изготавливать прототипы сложной формы и оперативно менять конструкцию.
Как получают многослойную керамическую плату?
Процесс включает синтез полимерно-керамического композита, высокоточную 3D-печать, нанесение токопроводящих элементов и завершающий обжиг.
Почему керамический порошок мешает 3D-печати?
Тяжелые частицы наполнителя оседают на дно суспензии и слипаются. Ученые устраняют проблему ультразвуковым диспергированием и поверхностно-активными веществами.
Где могут использоваться керамические платы РТУ МИРЭА?
Разработчики называют микроэлектронику, телекоммуникации, силовую и автомобильную электронику, светодиодное освещение, медицинские приборы, а также оборудование для высоких температур и нагрузок.
Позиция экспертов Реестр Гарант
Команда «Реестр Гарант» видит в разработке РТУ МИРЭА практический путь для ускорения опытно-конструкторских работ с керамическими элементами. Отказ от пресс-форм упрощает выпуск прототипов и изменение геометрии, но результат зависит от стабильности композиционного материала, адгезии к рабочей поверхности и параметров обжига. Исследователи уже выделили эти технологические ограничения и продолжают подбирать состав суспензии.