Наука в практике

Наука в практике

Как в передовой инженерной школе МИСИС создают новые материалы и цифровые технологии

Основным препятствием для внедрения новых, в том числе аддитивных, технологий является инерция мышления конструкторов и инженеров, рассчитывающих на традиционные подходы к производству. Для формирования нового взгляда и преодоления этого барьера Университет МИСИС совместно с АО «Наука и инновации» (входит в научный дивизион Госкорпорации «Росатом»), ООО УК «Металлоинвест», АО «ОМК», ЦАГИ и другими индустриальными партнерами создал передовую инженерную школу «Материаловедение, аддитивные и сквозные технологии» (ПИШ МАСТ).

Научно-образовательный центр биомедицинской инженерии

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

Опять в школу

Передовая инженерная школа Университета МИСИС нацелена на подготовку кадрового потенциала и реализацию проектов в рамках стратегических направлений научно-технологического развития Российской Федерации. В первую очередь — в части новых технологий и материалов для перспективных ядерных энергетических установок различного типа. Выпускники школы МАСТ будут иметь теоретический и практический опыт, чтобы управлять ресурсом жизненного цикла изделий отечественного машиностроения. Они также приобретут навыки для формирования новых композиционных материалов, разработки промышленных технологий и изделий из них, рассчитывают в университете.

Еще одним направлением работы школы является развитие регенеративной медицины, а именно — создание перспективных технологий трехмерной биопечати, в том числе не имеющих аналогов в мире, и, непосредственно, проектирование биопринтеров нового поколения. Ученые рассчитывают, что устройства получат государственную регистрацию для использования в клинических условиях к 2030 году.

Сергей Салихов,

первый проректор Университета МИСИС

— Передовые инженерные школы — уникальный проект Минобрнауки России, направленный на ускоренную подготовку инженеров нового поколения в сотрудничестве с высокотехнологичными компаниями-лидерами ведущих отраслей. НИТУ МИСИС — один из первых в стране, кто запустил ПИШ. Мы исторически тесно сотрудничаем с нашими бизнес-партнерами. Наша общая цель — готовить инженеров, способных не только ставить себе задачи и решать их, но также самостоятельно принимать решения, брать на себя ответственность. Это невозможно сделать без внедрения новых подходов в образовательный процесс. Так, например, в рамках ПИШ мы постепенно отказываемся от индивидуального образования в пользу обучения целых команд, на плечи которых ляжет инновационное развитие высокотехнологичных предприятий России. В этом году запущена программа магистерской подготовки «Цифровое управление технологическими процессами металлургии и машиностроения», по которой проходят обучение сотрудники АО «Чепецкий механический завод» (топливный дивизион Госкорпорации «Росатом») и АЭМ «Спецсталь» (машиностроительный дивизион Госкорпорации «Росатом»), команды из которых в последующем станут драйверами экономического развития предприятий. В конечном счете это будет подготовка специалистов, которые себя свободно чувствуют в рынке.

ПИШ МАСТ сконцентрирована на пяти основных прорывных научно-образовательных направлениях, фундаментом для которых служат цифровые технологии: цифровое материаловедение; аддитивные технологии; цифровые технологии металлургии и машиностроения; технологии высокоточного литья; биоматериалы и 3D-биопечать.

Научные достижения

ПИШ МАСТ активно участвует в реализации комплексной научной программы Госкорпорации «Росатом», в том числе выполняя научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по проекту «Управление качеством и свойствами металлических материалов, полученных путем прямого селективного воздействия на кристаллическую структуру первичных фаз при затвердевании». Уже получены уникальные фундаментальные данные о протекании фазового перехода первого рода при затвердевании расплавов. Результаты этого исследования заложили фундамент системы сканирования лазерного луча с двумя коллиматорами (разработка НИИ НПО «ЛУЧ», входящего в научный дивизион Госкорпорации «Росатом»). Она станет основой аддитивных установок нового поколения, обеспечивающих повышенное сопротивление синтезированного материала к хрупкому разрушению, тем самым расширяя номенклатуру изделий аддитивного производства в ответственном, в том числе атомном, машиностроении.

Лаборатория «Гибридные наноструктурные материалы»

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

В ПИШ МАСТ разработаны концепции биопринтеров нового поколения: для in-situ печати, гибридного биопринтера и магнитоакустического принтера. Технология комбинированной 3D-биопечати позволяет совмещать полимерную основу замещаемого органа, например, кожи, и гидрогелевые композиции для лучшей биоинтеграции в теле пациента. Преимуществом технологии in-situ над обычной биопечатью является то, что сам организм пациента — инкубатор для выращивания клеток — и нет необходимости проводить операцию по трансплантации.

В инициативном порядке в ПИШ МАСТ запущены работы по внедрению аддитивных технологий в атомную отрасль. Среди них следует отметить разработку технологии аддитивного производства элемента защиты атомного реактора совместно с АО «ОКБ Гидропресс» и АО «НПО «ЦНИИТМАШ» (обе организации входят в машиностроительный дивизион Госкорпорации «Росатом»). В случае успешных испытаний этот элемент, изготовленный методом 3D-печати, может стать одним из первых серийных аддитивных изделий, которые будут использоваться в атомной энергетической установке.

В 2023 году создан прототип 3D-принтера по безмодельной керамической печати, открывающей новые возможности для высокоточного литья. Таких примеров в школе много. Это связано с тем, что одна из основных образовательных идей — это обучение студентов не просто на реальных проектах, а на задачах, которые находятся на острие технологического развития.

Лаборатория гибридных аддитивных технологий

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

ПИШ МАСТ заявляет о себе в различных конкурсах и соревнованиях среди студентов в научной сфере. Например, в рамках хакатона инженерных специальностей, который в ноябре 2023 года проводился Сеченовским университетом, был организован трек от ПИШ МАСТ. Участникам трека предлагалось создать модель имплантата черепа с сохранением биомеханических характеристик и геометрии участков внутренней поверхности. Первое место заняла сборная команда, в составе которой были студенты кафедры инжиниринга технологического оборудования Университета МИСИС. В перспективе такое изделие может быть использовано для проведения операций людям с травмами черепа: как для защиты головного мозга, так и для восстановления естественной формы лица и головы.

Современные лаборатории

Слабым местом многих учебных заведений является устаревшая материальная база. На протяжении существования ПИШ МАСТ в Университете МИСИС создаются новые учебные пространства, к основным относятся «Виртуальная лаборатория» и «Фабрика для обучения».

Иван Иванов,

директор передовой инженерной школы НИТУ МИСИС, заместитель генерального директора — директор Института металлургии и машиностроения АО «НПО «ЦНИИТМАШ»

— В своей деятельности мы делаем ставку на отечественное оборудование и программное обеспечение. В ПИШ МАСТ уже создана облачная «Виртуальная лаборатория», наполненная российским программным обеспечением, необходимым для проведения расчетов по направлениям работы школы. Мы активно создаем технологический полигон — фабрику для обучения полного цикла на базе университетского инжинирингового центра прототипирования высокой сложности «Кинетика». Здесь студентам будет предоставлена возможность проверить свои инновационные решения, а также пройти путь от идеи до мелкосерийного производства продукта и разработки полного комплекта нормативной документации.

Приоритетом работы «Виртуальной лаборатории» является использование отечественного ПО. Так формируется разветвленное сообщество пользователей отечественных программных комплексов, подстегивая их более интенсивное развитие.

«Фабрика для обучения» представляет собой научно-производственный комплекс полного цикла для отработки технологических решений и реализации технических инициатив студентов. Здесь есть оборудование для атомизации порошковых материалов, парк 3D-принтеров, синтезирующих изделия из металлических, керамических, полимерных и других материалов. В 2024 году запланирован ввод в эксплуатацию установки для горячего изостатического прессования. На «фабрике» студенты получают доступ к полному технологическому циклу порошкового и аддитивного производств.

Инжиниринговый центр быстрого промышленного прототипирования высокой сложности «Кинетика»

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

В ПИШ МАСТ не забывают о разработке нормативной документации. Планируется организовать лабораторию цифровой трансформации и стандартизации передовых производственных технологий, которая должна стать локомотивом внедрения стандартов четвертого поколения (SMART-стандарты) по направлению аддитивных и цифровых технологий. Кроме этого, планируется создать лабораторию точного литья на базе комплексно-механизированных участков литья под давлением и по выплавляемым моделям, с широким использованием 3D-технологий по всему производственному циклу изготовления литых деталей из сплавов цветных и черных металлов для применения в различных отраслях промышленности: авиационной, космической, атомной, автомобильной и многих других.

Новые программы

Ключевой задачей, которая сегодня стоит перед ПИШ МАСТ, является привлечение талантливой молодежи, отмечают в университете. Для этого школой были разработаны программы, в рамках которых студенты параллельно с обучением начинают работать на предприятиях-партнерах, решая реальные задачи. Студенты школы получают повышенную стипендию, и всем, в случае необходимости, предоставляется общежитие. Понимая, что базовый уровень у поступающих разный, для них предусмотрены бесплатные выравнивающие курсы по разделам математики, физики, материаловедения и других профильных дисциплин, которые позволяют подтянуть успеваемость при обучении в магистратуре. Особое внимание уделяется развитию гибких навыков, необходимых для взаимодействия в команде, решающей ту или иную сложную научно-практическую задачу.

Занятие в ПИШ МАСТ

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

В ПИШ МАСТ используют мировой опыт ведущих учебных заведений и применяют передовые образовательные практики. Например, обучают команды, в которых есть специалисты разных сфер, реализовывать комплексные проекты индустриальных партнеров.

Несмотря на наличие у НИТУ МИСИС собственной современной инфраструктуры, в передовой инженерной школе организуют практику студентов на ведущих промышленных предприятиях. Так, студенты ПИШ МАСТ прошли стажировку в Центре аддитивных технологий Ростеха (АО «ЦАТ»), который является лидером аддитивного производства в России.

Научно-образовательный центр биомедицинской инженерии

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

Сейчас в школе ведется обучение по четырем магистерским программам: «Биомедицинская инженерия и биофабрикация», «Цифровое управление технологическими процессами металлургии и машиностроения», «Новые материалы. Порошковые и аддитивные технологии», «Современные материалы и методы получения высокоточных отливок».

К созданию программ и преподаванию привлекаются ведущие эксперты, имеющие большой научный и практический опыт. Например, совместно с ВНИИА им. Н. Л. Духова (ядерный оружейный комплекс Госкорпорации «Росатом») разрабатывается новая программа магистратуры по направлению «Цифровое материаловедение», которая нацелена на подготовку кадров для проекта «Прорыв».

Образовательные программы на стыке разных направлений являются важнейшим драйвером развития прорывных технологий. Так, сетевое взаимодействие с передовой инженерной школой Сеченовского университета откроет новое направление аддитивных технологий для медицины, где будут готовить поколение медиков-инженеров. Используя отечественное сырье (порошковые материалы титана и титановых сплавов) и программное обеспечение, они наполнят рынок высококачественными персонализируемыми имплантатами.

Лаборатория «Катализ и переработка углеводородов»

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

Все программы дополнительного профессионального образования передовой инженерной школы привязаны к потребностям предприятий и учитывают уровень обучающихся. Высокие оценки от предприятий получили две специализированные программы по направлению «Аддитивные технологии в металлургии и машиностроении» с привлечением специалистов Госкорпорации «Росатом» в качестве преподавателей. Первая программа «Совершенствование профессиональных компетенций в соответствии с профессиональными стандартами: 3D-технологии в металлургии и машиностроении и изготовление прототипов», вторая — «3D-технологии в металлургии и машиностроении». По этим программам успешно прошли обучение сотрудники металлургических предприятий.

Внедрение аддитивных технологий невозможно реализовать без создания нормативной документации. Поэтому в ПИШ МАСТ была разработана специализированная программа ДПО «Стандартизация передовых производственных технологий», где обучались сотрудники научного, машиностроительного и топливного дивизионов Госкорпорации «Росатом», которым было поручено обеспечить ускоренное внедрение аддитивных технологий в атомную отрасль.

В «Росатоме» надеются, что в перспективе десяти лет не менее 500 таких выпускников ПИШ МАСТ НИТУ МИСИС станут движущей силой развития атомной отрасли, при этом не менее половины вольются в институты и предприятия научного дивизиона.