Научный подход к медицинскому металлу

В Усть-Каменогорске полным ходом идут исследования технологии производства изделий для медицины. Проект объединил усилия ученых и промышленников.

Около двух лет в ВКГТУ им. Д. Серикбаева велись теоретические исследования. Три месяца назад началась практическая стадия: в университете завершили монтаж оборудования для изготовления и испытания опытных образцов.

– Во всем мире технические университеты оказывают влияние на экономику региона, – дал комментарий проректор по науке и международному сотрудничеству ВКГТУ им. Д. Серикбаева Олег Гавриленко. – Но наука на стадии инновации – рисковая вещь. Многие предприятия на предложения о сотрудничестве могут ответить отказом. Мол, проще купить технологию «под ключ», чем вкладываться в идею с результатом, который не понятен. В нашем случае роль сыграла инициатива акима региона
Даниала Ахметова. Мы определили ряд перспективных тем, исследования профинансировал республиканский Комитет науки.

Практически сразу альянс науки и производства столкнулся с законодательными барьерами. Как пояснил проректор, к примеру, нормы, регламентирующие распределение финансовых средств, ограничили приобретение за рубежом технологичного дорогостоящего оборудования. Хотя оно требовалось для исследований. Также на нормативные запреты наткнулась идея консорциума университета с предприятиями. Дело в том, что, нормативная база разработана под старую схему финансирования науки и не учитывает, что предприятия – это опытная площадка для отработки новых технологий. Дальше эти ноу-хау могут внедряться повсюду, и эффект получит вся экономика.

Во всем мире интеллектуальные продукты имеют высокую стоимость и приносят их владельцам весомые доходы. В нашей стране, по словам проректора, такая культура только формируется. В частности при обсуждении вопроса консорциума стороны не смогли договориться, за кем останутся права на технологию. За университетом? За промышленной компанией? Прецедентов решения таких моментов в Казахстане практически нет.

– Все впервые, – говорит Олег Дмитриевич. – Мы сталкиваемся с новыми вещами, видим несовершенства норм и правил, которые сдерживают. Предприятия не готовы к тому, чтобы поддерживать научные разработки, а мы не готовы к тому, чтобы эффективно передать им новые технологии. Сейчас мы прямо на ходу отрабатываем механизмы, методом проб и ошибок пробуем сблизить наши интересы.

Тантал и ниобий являются фишкой сразу нескольких проектов. Тантал имеет высокий удельный вес, но при этом невероятно пластичный и инертный с великолепным свойством биосовместимости с человеческим организмом. Его получают на Ульбинском металлургическом заводе. Ученые предложили использовать смесь порошков металлов и печатать изделия на 3D-принтере по металлу. Такое оборудование не просто делает деталь – с помощью лазера принтер спекает смесь в сплав.

Единственный, но большой минус: на сегодня в мире нет подобной технологии. Специалисты «Ульбы» совместно с учеными ВКГТУ только пробуют получить образцы танталовых порошков. За их результатами внимательно наблюдают в других странах. В числе плюсов 3D-печати исследователи отметили пористую структуру изделия, то есть малый вес. И безотходность производства.

Другой предложенный наукой метод изготовления имплантатов связан с напылением. Например, для Ульбинского металлургического завода рассматривается вариант покрытия танталом заготовок из другого металла. По словам специалистов, данная технология во многом является Terra incognita. Для ее шлифовки в ВКГТУ наладили сотрудничество со знаменитым институтом Патона – украинским НИИ электросварки. «Уже в этом году планируется производство опытных образцов спиц, винтов и прочих имплантатов, – отметил проректор. – Срок службы таких изделий может достигать нескольких десятков лет, в зависимости от конкретного медицинского случая. Сейчас на рынке присутствует только зарубежная продукция, мы планируем создать конкуренцию».

Также в области медицины прописан проект производства провода-сверхпроводника на базе Ульбинского металлургического завода. Дело в том, что у предприятия есть опыт выпуска такой продукции, и на основе прежних технологий в компании решили попробовать применить бериллиевую бронзу и порошки редких металлов – тантала, бериллия, ниобия. Как отметили специалисты, такие проводники широко используются в радиоэлектронике, в частности в магнитно-резонансных томографах. Они имеют высокую добавленную стоимость. Сейчас производственники в альянсе с наукой пробуют решить сложную технологическую задачу.

Ясно, что работы по химий металлургии «на коленке» не выполнишь. По словам Олега Гавриленко, университетские лаборатории и участки, как нанизанные одна на другую бусины, позволили провести необходимые материаловедческие и технологические исследования. К примеру, в лаборатории инженерного профиля «IРГЕТАС» выполнено химико-аналитическое изучение сплавов с помощью спектрофотометра и хроматографа (приборов по определению свойств веществ), электронного микроскопа, установок по отработке металлургических процессов… В конце прошлого года технический парк ВКГТУ пополнился новейшим оборудованием, под которое в главном корпусе отвели отдельное крыло. Здесь установили 3D-принтер по металлу – мощную машину с электронной начинкой. По соседству – фрезерный станок с числовым программным управлением для ультразвуковой обработки материалов и сверхточный токарно-фрезерный станок. Рядом смонтировали испытательную машину для исследования образцов на механические свойства – растяжение, упругость, усталость… Как пояснил инженер-исследователь Сергей Плужников, для таких изделий, как имплантаты, надежность более чем важна.

– Мы уже получили образцы с напылением из титана, – рассказал инженер-технолог лаборатории «IРГЕТАС» Юрий Колтаков. – Сначала делается компьютерная модель, например, тазобедренного сустава. Если его выполнить полностью из титана, получится дорого. Если сделать из другого материала, а потом напылить биосовместимым порошком, изделие получится дешевле, но с аналогичным качеством заживления. Дальше отшлифовать, отполировать – и готово. Все образцы сделаны на 3D-принтере. У нас даже есть искусственная кисть, управляемая электродами и электромоторчиком. Технология напыления известна во всем мире, но наше ноу-хау в применении напыления из местного металла. Мы учимся адаптировать наши материалы к нашим потребностям.

Все оборудование, по утверждению ученых, лучшее из того, что есть в данной отрасли на сегодня. На его выбор, к слову, ушла масса времени. Руководство области, производственники и ученые провели целый ряд встреч с ведущими производителями, заложили с зарубежными компаниями длительные партнерские отношения. Как заметил Олег Гавриленко, в стоимость оборудования, доставленного в Усть-Каменогорск, вошло также обучение специалистов. «Такова политика всех дальновидных поставщиков, – пояснил ученый. – Им выгодно сотрудничество с университетами, которые являются отличной пиар-площадкой».

По плану 2018 год отведен для отработки технологии изготовления имплантатов, их 3D-моделирования и испытания образцов. В числе задач, которые еще поставили перед собой ученые, – создание программы движения руки робота с плазменным источником и ряда других программ для роботизированного участка микроплазменных технологий. Следующий этап – создание реального производства.