Атомная энергетика играла и будет играть значительную роль в энергогенерирующем секторе экономики США. Более того, американцы собираются вывести мирный атом на новый уровень. Вместо принятой в прошлом практики дорогостоящего и длительного по срокам строительства крупных объектов для атомной энергетики, новые атомные электростанции будут расти как грибы после дождя. В этом им обещают помочь аддитивные технологии 3D-печати.

Напечатанные 3D-принтером элементы активной зоны микрореактора (Britanny Cramer/ORNL/US Dept. of Energy)

На днях Национальная лаборатория Ок-Риджа Министерства энергетики США (ORNL) показала прототип активной зоны ядерного реактора, созданного методом 3D-печати. Печать самого важного элемента ядерного реактора выполнена в рамках программы Transformational Challenge Reactor (TCR). Она предполагает радикально изменить подход при конструировании микрореакторов, выполняя полноразмерную печать элементов и в разы ускоряя ввод в эксплуатацию новых атомных электростанций.

В соответствии с программой TCR, демонстратор изготовленного методом аддитивной печати ядерного микрореактора со сниженным количеством конструктивных элементов и со встроенными датчиками и органами управления должен быть готов к 2023 году.

Для США эта программа имеет критическое значение. В 30 штатах страны работают 98 ядерных реакторов, большинство из которых будут выведены из эксплуатации в следующие 20 лет. При этом за последние 20 лет в стране начал строиться всего лишь один новый реактор. Построить вместо старых реакторов новые классическим способом уже не получится. Долго и дорого. А аддитивная печать ― это высокая скорость производства компонентов, ускоренная проверка, упрощённое и сокращённое по времени получение разрешительных документов и быстрый ввод объектов в эксплуатацию.

Представленный лабораторией ORNL прототип активной зоны ядерного реактора выполнен из разрешённой для использования в ядерных реакторах марки нержавеющей стали методом высокотемпературной аддитивной печати с прямым осаждением материала. В ответ на это технический директор TCR Курт Террани (Kurt Terrani) заявил: «Нынешняя ситуация для атомной отрасли ужасна. Это основополагающее усилие, которое может открыть ворота для быстрых инноваций для ядерного сообщества».

Добавим, микрореактор по программе TCR будет работать на нитриде урана. Покрытием топливных микросфер станут конструкционные материалы из карбида кремния. Замедлителем выступят элементы активной зоны из гидрида иттрия. Топливо будет производить компания BWXT Nuclear Operations Group. Корпус реактора тоже будет выполнен из нержавеющей стали, но применять аддитивные технологии для его изготовления не планируется.

Российские космонавты вскоре проведут на борту Международной космической станции (МКС) очередной эксперимент с применением специализированного 3D-биопринтера. Об этом сообщает ТАСС со ссылкой на информацию, полученную от компании «Инвитро».

Фотографии Роскосмоса

Речь идёт об использовании установки под названием «Орган.Авт». Этот прибор предназначен для 3D-биофабрикации тканей и органных конструктов в космосе.

Биопринтер был доставлен на МКС в конце 2018 года. На его базе уже проведены несколько экспериментов. В частности, созданы образцы хрящевой ткани человека и щитовидной железы грызуна. Кроме того, были «напечатаны» бактерии кишечной палочки.

Готовящийся эксперимент, как сообщается, предусматривает воссоздание костной ткани грызуна. В дальнейшем полученные образцы будут использованы для проведения трансплантации крысам.

Работы предстоит выполнить участникам следующей длительной МКС-экспедиции — Анатолию Иванишину и Ивану Вагнеру. Они отправятся на орбиту на корабле «Союз МС-16»: старт намечен на 9 апреля. Собственно эксперимент с применением 3D-биопринтера планируется провести в следующем месяце. 

Многокристальные упаковки чипов доказали свою перспективность и намерены развиваться дальше. Одним из таких путей развития станет увеличение числа контактов между уровнями в многокристальном стеке. Это увеличит скорость обмена, функциональность и гибкость «многоэтажных» сборок, на что решил сделать ставку производитель памяти, компания SK Hynix.

Как подсказывают наши коллеги с сайта AnandTech, компания SK Hynix подписала широкое лицензионное соглашение с компанией Xperi. В числе прочего SK Hynix лицензировала технологию межкристальных соединений 2.5D/3D для пространственной сборки кристаллов в единую конструкцию. Это технология DBI Ultra, созданная внутри дочернего подразделения Xperi группы Invensas.

3D-стек матрицы Sony CIS на логику в сборке IMX260 с помощью DBI

От себя добавим, что технологию DBI (Direct Bond Interconnect) в 2000 году предложил профессор Токийского Университета Тадамото Суга (Tadatomo Suga). Впоследствии она кочевала от собственника к собственнику и осела в руках компании Xperi с улучшениями, внесёнными командой Invensas. Технологию DBI, например, использует Sony для прямого монтажа на кристалл логики кристалла матрицы изображения (пример см. выше). На изображении вы можете видеть совмещение медных контактов после температурной обработки, в ходе которой верхний и нижний кристаллы были соединены механически и электрически без дополнительных элементов припоя и других соединительных элементов.

Технология межкристального соединения DBI Ultra позволяет создать на одном мм² до 1 млн соединений, тогда как связь обычными контактами даёт только до 625 соединений на мм². При этом толщину каждого слоя можно уменьшить в два раза. Это означает, что стек из 16 кристаллов, соединённых с помощью технологии DBI Ultra, будет такой же толщины, как стек из 8 кристаллов, соединённых обычной технологией связи.

Очевидно, компания SK Hynix с использованием технологии DBI Ultra будет выпускать новые поколения памяти HBM или даже оперативной памяти с лучшими характеристиками. Этот производитель также нацелен на выпуск матриц изображения, которым для дальнейшей интеграции тоже понадобится технология с более плотным размещением межчиповых связей. Наконец, область ИИ привлекает SK Hynix не меньше остальных, а это — гибридные многокристальные сборки, включая выпуск решений с процессорами, графическими ядрами, ASIC, SoC и ПЛИС. Для всего этого технология DBI Ultra подходит очень хорошо.

Вкратце о технологии DBI Ultra можно сказать следующее. Медные контакты для связи уровней формируются на этапе, близком к завершению обработки слоёв с помощью активации кристаллов плазмой. Затем после порезки на кристаллы происходит склейка кристаллов контактами друг к другу. При этом кристаллы разделены тончайшей диэлектрической плёнкой. На этом этапе происходит спекание кремниевых подложек при относительно низкой температуре до 250 °C. На следующем этапе при температуре до 400 °C происходит спекание медных контактов. Собственно, поэтому данная технология также называется гибридной (соединяются металл-металл и полупроводник-полупрводник).

Компания Ford предложила весьма необычную технологию защиты колёс автомобиля от кражи, в основу которой положены биометрические принципы и 3D-печать.

Не секрет, что для предотвращения хищения дорогостоящих легкосплавных дисков вместе с дорогими покрышками автомобилисты применяют специальные гайки, для снятия которых требуются особые переходники. Однако на практике такая мера зачастую оказывается не слишком действенной, поскольку злоумышленникам не составляет особого труда подобрать необходимый переходник.

В Ford предлагают создавать уникальные гайки и соответствующие головки индивидуально для каждого автовладельца. Для этого потребуется непродолжительная запись голоса  автомобилиста, на основе которой при помощи специальных алгоритмов формируется персональный «узор» для гайки.

Далее в дело вступает установка 3D-печати, формирующая из нержавеющей стали единый модуль из гайки и головки с персональным рисунком. После этого две детали разъединяются и подвергаются незначительной финишной обработке.

Для дополнительной защиты в рисунок гайки добавляются рёбра и расширяющиеся углубления: они не позволяют сделать восковой слепок, поскольку при изъятии тот попросту разрушается. 

Российские специалисты разрабатывают перспективную технологию, которая позволит изготавливать устройства электроники и фотоники из органических полимеров методом 3D-печати.

В работах принимают участие исследователи холдинга «Росэлектроника», входящего в государственную корпорацию Ростех, и Института синтетических полимерных материалов Российской академии наук (РАН).

Отмечается, что использование органических полимеров обеспечивает ряд преимуществ перед традиционными материалами, применяемыми при производстве электроники. Так, полимеры обладают скоростью передачи сигнала в 100 раз выше, чем традиционные медные контакты, они более компактны и помехоустойчивы.

В свою очередь, внедрение методов 3D-печати обеспечит возможность быстрого создания изделий практически любой геометрии и степени сложности. Кроме того, сократится стоимость производства конечной продукции.

«На данный момент выполнены теоретические исследования, разработаны методики и созданы органические полимерные материалы, на основе которых была сформирована многослойная структура и подтверждены её волноводные свойства», — говорится на сайте Ростеха.

Предложенную технологию планируется применять при изготовлении изделий типа «система-в-корпусе». Экспериментальные образцы электронных устройств, полученные методом 3D-печати, российские специалисты намерены произвести и испытать до конца третьего квартала 2020 года. 

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» сообщает о разработке новой технологии получения сырья для аддитивного производства.

Речь идёт о специальных порошках, предназначенных для 3D-печати деталей самолётов и космических аппаратов. Отмечается, что всё чаще для изготовления узлов аэрокосмической техники применяются интерметаллиды «титан-алюминий» и «титан-никель». 3D-изделия из них обладают низкой плотностью, повышенными прочностными характеристиками и высокой жаростойкостью. Кроме того, такие изделия могут иметь сложную геометрическую форму.

Фотографии НИТУ «МИСиС»

Специалисты НИТУ «МИСиС» предложили новый метод получения композитных порошков титана/алюминия, позволяющий снизить стоимость конечного материала. Уменьшение цены откроет новые возможности по внедрению 3D-печати российскими предприятиями.

«Упростить производство порошков для 3D-печати получилось за счёт использования уникального сочетания режимов планетарной мельницы, где в процессе интенсивной механической обработки получились композиционные порошки, состоящие из округлых частиц, включающих в себя и титан, и алюминий. Этот "полуфабрикат" можно напрямую загрузить в лазерный 3D-принтер, где прямо в процессе печати при температуре около 650 градусов металлы вступают в реакцию, образуя тугоплавкий интерметаллид», — говорится в публикации НИТУ «МИСиС».

До сих пор планетарная мельница для указанных целей не использовалась. Учёные говорят, что практическое внедрение предложенного метода не должно представлять серьёзных трудностей, поскольку у отечественных производителей есть промышленные аналоги планетарных мельниц. 

Россия стала четвёртой страной, присоединившейся к уникальной всемирной программе обучения аддитивным технологиям Additive Minds («Аддитивное мышление»).

Отмечается, что организатором проекта с российской стороны выступил Центр аддитивных технологий (ЦАТ) госкорпорации Ростех. Основными участниками программы в нашей стране станут специалисты авиационного сектора российской промышленности.

Менторами и преподавателями в рамках площадки Additive Minds выступают практикующие инженеры с опытом работы в передовых европейских компаниях. Программа обучения, состоящая из трёх блоков, рассчитана на год. В частности, участникам программы предстоит изучить практические аспекты создания деталей путём аддитивного производства, а также пройти теоретический курс, посвящённый 3D-печати.

По итогам курса 40 участников получат дипломы экспертов, а 20 лучших слушателей курса — дипломы инструкторов с правом обучения аддитивным технологиям в своих компаниях.

Нужно отметить, что технологии 3D-печати набирают популярность в различных областях науки и техники. Они помогают ускорить создание прототипов и уменьшить количество деталей в сложных конструкциях. Кроме того, такие технологии более экономичны и экологичны по сравнению с обычными методами. 

Отдельные элементы ракет-носителей «Ангара» будут изготавливаться с помощью аддитивных технологий, то есть, методом 3D-печати. Такое решение, как сообщает ТАСС, принял Центр Хруничева (входит в госкорпорацию Роскосмос).

Фотографии Роскосмоса

Внедрение технологии 3D-печати в сфере производства ракет обеспечит ряд преимуществ. В частности, по сравнению с традиционными методами может быть повышена скорость изготовления деталей. Кроме того, говорится о снижении стоимости производства.

«Для носителя [ракеты "Ангара"] планируют печатать специальные ложементы-переходники для стыковки нового шаробаллона, создаваемого взамен старого украинского, с посадочным местом», — отмечает ТАСС.

Говорится, что закупать специализированное дорогостоящее оборудование для выпуска одной детали экономически невыгодно. Именно поэтому и принято решение об использовании метода 3D-печати.

Титановые шаробаллоны используются во всех перспективных ракетах-носителях — они предназначены для хранения газа.

Отмечается, что в настоящее время ведётся изготовление опытных образцов деталей по аддитивной технологии. По результатам отработки конструкцию планируют внедрить в штатную серийную комплектацию «Ангары». 

Биотехнологическая компания BIOLIFE4D из Чикаго объявила об успешном создании с помощью 3D-биопринтера уменьшенной копии человеческого сердца. Крошечное сердце обладает той же структурой, что и полноразмерный орган человека. Компания назвала это достижение важным рубежом на пути создания искусственного сердца, пригодного для пересадки.

Искусственное сердце было напечатано с использованием клеток сердечной мышцы пациента — кардиомиоцитов, и биочернил, изготовленных из внеклеточного матрикса, которые дублируют свойства сердца млекопитающего.

BIOLIFE4D впервые изготовила с помощью биопечати ткань сердца человека в июне 2018 года. Ранее в этом году компания создала отдельные 3D-компоненты сердца, включая клапаны, желудочки и кровеносные сосуды.

Этот процесс включает перепрограммирование белых клеток крови пациента (лейкоцитов) в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (induced pluripotent stem cells, iPSC или iPS), которые могут дифференцироваться в различные типы клеток, включая кардиомиоциты.

В итоге компания планирует изготовить с помощью 3D-биопринтинга полнофункциональное человеческое сердце. Теоретически, изготовленные таким способом искусственные сердца могут уменьшить или устранить потребность в донорских органах.

Конечно, BIOLIFE4D — не единственная компания, которая занимается технологией создания искусственных органов с помощью 3D-печати.

В начале этого года исследователи из Тель-Авивского университета напечатали с помощью 3D-принтера живое сердце размером с сердце кролика, а биотехнологам из Массачусетского технологического института удалось создать с помощью 3D-печати сложные сосудистые сети, подобные тем, которые необходимы для поддержания функционирования искусственных органов.

Компания GlobalFoundries отказалась от гонки за техпроцессами и замерла на отметке 12 нм, но это не означает, что она не будет внедрять передовые технологии объёмной упаковки чипов. За счёт 3D-компоновок даже старый техпроцесс можно использовать таким образом, что результирующий чип даст фору новейшим техпроцессам. Например, гибридные 90-нм чипы на углеродных нанотрубках обещают на равных соперничать с 7-нм FinFET-чипами, что достигается за счёт комплексности 3D-сборок. Тем самым действие закона Мура может быть продлено даже без перехода на более тонкие техпроцессы. Достаточно наращивать «этажность» чипов и повышать число транзисторов на каждый квадратный миллиметр в основании кристалла.

Пример упаковки Wafer on Wafer (Cadence)

Возвращаясь к GlobalFoundries, сообщим, что она и ARM вместе закончили проектировать тестовый чип в объёмной (3D) упаковке. Чип предназначен для демонстрации возможностей производства составных и гибридных решений для мобильной и вычислительной техники, включая ИИ и машинное обучение. Судя по тому, что GlobalFoundries доложила о выполнении этапа taped-out, решение существует только в виде цифрового проекта, а не в кремнии. Впрочем, для тестирования проекта с получением характеристик этого уже достаточно.

Для сборки 3D-упаковки использована фирменная методология GlobalFoundries Design-for-Test (DFT). Два (судя по всему) кристалла соединены «лицом к лицу» по технологии wafer-to-wafer. К слову, компания TSMC также собирается использовать данный вид соединения кристаллов (пластин), когда связь между кристаллами сводится до коротких соединений в их толще с выходом контактов для связок «этажей» на поверхность. Это делается в противовес довольно длинным и сравнительно толстым сквозным TSVs соединениям, не говоря уже о традиционной обвязке с соединением через несколько металлических слоёв BeOL.

Ячеистая сетевая архитектура ARM

Ближе всего соединения wafer-to-wafer подошли к сборке кристаллов 3D NAND из двух или трёх кристаллов в условно монолитные чипы с большим числом слоёв (в 64-слойные из двух 32-слойных, в 96-слойные из двух 48-слойных и так далее). Для технологии GlobalFoundries в рамках 12-нм техпроцесса 12nm LP FinFet заявлено до 1 млн соединений на каждый миллиметр поверхности. Компания ARM, со своей стороны, предоставила в распоряжение партнёра технологию ячеистой сети, которая отвечает за согласованную работу блоков на всех этажах. Обе они предлагают воспользоваться 3D-технологией упаковки DFT wafer-to-wafer всем желающим, которым будут нужны высокопроизводительные решения с минимальным уровнем задержек в архитектуре.

Кому-то это может показаться странным, но сами по себе не растут даже яблоки и груши. Вернее, они растут, но это не означает, что без должного ухода со стороны специалистов с фруктовых деревьев можно будет получить заметный урожай. Облегчить труд садоводов взялась компания японская компания NEC Solution. С первого августа она вводит интересную услугу по съёмке, 3D-моделированию и анализу крон фруктовых деревьев.

3D-изображение кроны фруктового дерева для анализа и выработки рекомендаций по формированию (NEC)

Услуга создана на базе методики, разработанной NEC совместно с учёными Токийского университета отделения агрономии. Съёмка посадок ведётся с помощью дрона. Цена вопроса зависит от времени и площади, с которой собирается информация, и начинается с $950. Начальная разведка оценена в $450. За каждые 100 Гбайт полученных данных, которые будут храниться на ресурсе службы, раз  в месяц нужно будет заплатить $140. Обработка данных о 5 деревьях будет стоить $450 в месяц. Взамен компания обещает выработку оптимальных режимов выращивания растений, включая идеальное формирование кроны в зависимости от сорта и условий роста.

Моделирование и анализ полученных с дрона изображений позволит указать на недостатки в развитии кроны: загущение, неправильные углы роста скелетных ветвей, учёт толщины ветвей на разных ярусах и многое другое, о чём неспециалист даже не задумается. К тому же, по мере появления новых сортов, методика формирования кроны может изменяться, как и появляются новые подходы в формировании кроны на разных этапах выращивания растения. Особенно это важно в культуре так называемого интенсивного садоводства, когда посадочный материал вырабатывается в течение считанных лет. В этом случае ошибки недопустимы, ибо ведут к потерям урожайности.

Корпорация Intel выпустила новую 3D-камеру с возможностью сбора данных о глубине сцены: устройство получило название RealSense SR305.

Конструкция камеры включает датчик RGB и инфракрасный проектор. При сборе информации о глубине сцены обеспечивается разрешение до 640 × 480 точек при скорости потока до 60 кадров в секунду. Сенсор RGB обеспечивает разрешение 1920 × 1080 пикселей и частоту 30 кадров в секунду.

Устройство подходит для использования в системах отслеживания лиц, рук и пальцев, платформах дополненной реальности, системах определения положения объектов, сегментации сцены и пр.

Камера RealSense SR305 оптимизирована для работы в диапазоне от 0,2 до 1,5 метра. Наилучший результат достигается при использовании устройства в помещениях или в условиях контролируемого освещения.

Габариты составляют 139 × 26,13 × 12 мм. Для подключения служит интерфейс USB 3.1 Gen 1 Micro-B. Приобрести камеру можно за 79 долларов США. 

На уфимском предприятии Объединённой двигателестроительной корпорации госкорпорации Ростех (ОДК-УМПО) введена в строй система 3D-печати для создания крупногабаритных заготовок для деталей авиационных двигателей.

ОДК-УМПО

Речь идёт об использовании аддитивных технологий, которые быстро набирают популярность. Дело в том, что они позволяют применить новый подход к созданию изделия, сократить количество деталей конструкции и их стоимость.

Сообщается, что введённая в строй система представляет собой роботизированную установку прямого лазерного выращивания. Оборудование разработано и изготовлено специалистами Института лазерных и сварочных технологий Санкт-Петербургского государственного морского технического университета в рамках реализации совместного проекта с ОДК-УМПО.

Ростех

3D-принтер позволяет формировать заготовки для деталей авиационных двигателей диаметром более двух метров. Система поможет в создании высокоточных изделий из высокопрочных и жаростойких сплавов для перспективных силовых агрегатов.

Комплекс размещён в центре технологической компетенции алюминиевого и титанового литья ОДК-УМПО. 

На этой неделе в Тайбэе прошла крупнейшая в мире компьютерная выставка Computex 2019. Здесь же Советом по развитию внешней торговли Тайваня (Taiwan External Trade Development Council, TAITRA) и Компьютерной ассоциацией Тайбэя (Taiреi Computer Association, TCA) была организована и выставка InnoVEX, которая собрала почти полтысячи различных стартапов из разных стран мира.

Здесь были представлены самые различные продукты, решения и идеи. Некоторые из начинающих компаний работают самостоятельно, тогда как другие находятся под патронажем более крупных компаний. Например, наше внимание привлёк стартап Glamorfy, который финансируется известным тайваньским производителем ASUS.

Данный стартап разработал приложение, которое должно позволить пользователям увидеть, как они могли бы выглядеть после тех или иных пластических операций. Конечно же, для этого используются технологии 3D-сканирования и дополненной реальности. Несмотря на то, что стартап финансирует ASUS, приложение разработано под iOS и работает только на iPhone X и более новых моделях смартфонов от Apple. Всё дело в том, что эти смартфоны оснащены продвинутыми 3D-сканерами (Face ID), которые позволяют получить весьма точную 3D-модель лица пользователя.

После создания модели лица пользователь может изменять форму носа, улыбку и другие параметры своего лица. В результате можно визуализировать желаемую внешность, что может пригодиться при обращении к пластическому хирургу. Кроме того, в приложении можно подобрать форму и стиль оправы очков, а также подобрать другие аксессуары. Либо «отбелить и выровнять» зубы для получения «голливудской» улыбки! В целом разработчики планируют расширять функциональность своего приложения и добавлять в него новые возможности.

Приложение Glamorfy бесплатно доступно в App Store. Также заметим, что стартап разрабатывает более продвинутую версию своего ПО вместе с отдельной внешней 3D-камерой. Данная система может устанавливаться в кабинетах пластических хирургов, тем самым позволяя более детально и точно обсуждать с клиентами их желания.

Специалисты Томского государственного университета (ТГУ) разрабатывают, как утверждается, первый в мире ультразвуковой 3D-принтер.

Принцип работы устройства сводится к тому, что в управляемом поле частицы перегруппировываются, и из них можно собирать трёхмерные объекты.

В текущем виде прибор обеспечивает левитацию упорядоченной группы частиц пенопласта, которые могут двигаться вверх-вниз и вправо-влево. При попадании в звуковое поле и в процессе осаждения частицы оседают по заданным траекториям, формируя определённый рисунок.

Система состоит из четырёх решёток, которые излучают акустические волны. В потоке волн в частотном диапазоне 40 кГц частицы находятся в подвешенном состоянии. Для управления служит специальное программное обеспечение, разработанное специалистами ТГУ.

«Помимо ультразвуковой 3D-печати, этот метод можно использовать при работе с химически агрессивными растворами, например, кислотами или веществами, разогретыми до высоких температур», — говорится в публикации университета.

Российские учёные намерены разработать технологию ультразвуковой 3D-печати и собрать работающий прототип принтера к 2020 году. Ожидается, что устройство сможет работать с частицами АБС-пластика.