Όλοι έχουμε χτίσει κάστρα στην άμμο στην παραλία: πανύψηλα τείχη, μεγαλοπρεπείς πύργους, τάφρους γεμάτες καρχαρίες. Αν είστε σαν εμένα, θα εκπλαγείτε με το πόσο καλά κολλάει μια μικρή ποσότητα νερού — τουλάχιστον μέχρι να εμφανιστεί ο μεγάλος σας αδερφός και να το κλωτσήσει σε μια έκρηξη καταστροφικής χαράς.
Ο επιχειρηματίας Νταν Γκέλμπαρτ χρησιμοποιεί επίσης νερό για να συνδέσει υλικά, αν και το σχέδιό του είναι πολύ πιο ανθεκτικό από ένα θέαμα στην παραλία το Σαββατοκύριακο.
Ως πρόεδρος και ιδρυτής της Rapidia Tech Inc., προμηθευτή συστημάτων τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων στο Βανκούβερ της Βρετανικής Κολομβίας και στο Λίμπερτιβιλ του Ιλινόις, ο Gelbart έχει αναπτύξει μια μέθοδο κατασκευής εξαρτημάτων που εξαλείφει τα χρονοβόρα βήματα που είναι εγγενή στις ανταγωνιστικές τεχνολογίες, ενώ παράλληλα απλοποιεί σημαντικά την αφαίρεση των υποστηριγμάτων.
Επίσης, καθιστά την ένωση πολλαπλών εξαρτημάτων εξίσου δύσκολη με το να τα μουλιάζετε σε λίγο νερό και να τα κολλάτε μεταξύ τους—ακόμα και για εξαρτήματα που κατασκευάζονται με παραδοσιακές μεθόδους κατασκευής.
Ο Gelbart συζητά ορισμένες θεμελιώδεις διαφορές μεταξύ των συστημάτων του με βάση το νερό και εκείνων που χρησιμοποιούν μεταλλικές σκόνες που περιέχουν 20% έως 30% κερί και πολυμερές (κατ' όγκο). Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές μετάλλων Rapidia με διπλή κεφαλή παράγουν μια πάστα από μεταλλική σκόνη, νερό και ένα συνδετικό ρητίνης σε ποσότητες που κυμαίνονται από 0,3 έως 0,4%.
Εξαιτίας αυτού, εξήγησε, η διαδικασία αποσύνδεσης που απαιτείται από ανταγωνιστικές τεχνολογίες, η οποία συχνά διαρκεί αρκετές ημέρες, εξαλείφεται και το εξάρτημα μπορεί να σταλεί απευθείας στον φούρνο πυροσυσσωμάτωσης.
Οι άλλες διαδικασίες βρίσκονται κυρίως στη «μακροχρόνια βιομηχανία χύτευσης με έγχυση (MIM) που απαιτεί τα μη συμπυκνωμένα μη συμπυκνωμένα μέρη να περιέχουν σχετικά υψηλές αναλογίες πολυμερούς για να διευκολύνουν την απελευθέρωσή τους από το καλούπι», δήλωσε ο Gelbart. «Ωστόσο, η ποσότητα πολυμερούς που απαιτείται για τη συγκόλληση εξαρτημάτων για τρισδιάστατη εκτύπωση είναι στην πραγματικότητα πολύ μικρή - το ένα δέκατο του ενός τοις εκατό είναι αρκετό στις περισσότερες περιπτώσεις».
Γιατί λοιπόν να πίνουμε νερό; Όπως και στο παράδειγμα του κάστρου από άμμο που χρησιμοποιήσαμε για την παρασκευή πάστας (μεταλλικής πάστας σε αυτήν την περίπτωση), το πολυμερές συγκρατεί τα κομμάτια μαζί καθώς στεγνώνουν. Το αποτέλεσμα είναι ένα εξάρτημα με την υφή και τη σκληρότητα της κιμωλίας πεζοδρομίου, αρκετά ανθεκτικό ώστε να αντέχει στην κατεργασία μετά τη συναρμολόγηση, στην ήπια κατεργασία (αν και η Gelbart συνιστά την κατεργασία μετά την πυροσυσσωμάτωση), στη συναρμολόγηση με νερό μαζί με άλλα ημιτελή εξαρτήματα και στην αποστολή στον φούρνο.
Η εξάλειψη της απολίπανσης επιτρέπει επίσης την εκτύπωση μεγαλύτερων, παχύτερων τοιχωμάτων εξαρτημάτων, επειδή όταν χρησιμοποιούνται μεταλλικές σκόνες εμποτισμένες με πολυμερές, το πολυμερές δεν μπορεί να «καεί» εάν τα τοιχώματα των εξαρτημάτων είναι πολύ παχιά.
Ο Gelbart είπε ότι ένας κατασκευαστής εξοπλισμού απαιτούσε πάχος τοιχώματος 6 mm ή λιγότερο. «Ας υποθέσουμε λοιπόν ότι κατασκευάζετε ένα εξάρτημα στο μέγεθος ενός ποντικιού υπολογιστή. Σε αυτήν την περίπτωση, το εσωτερικό θα πρέπει να είναι είτε κοίλο είτε ίσως κάποιο είδος πλέγματος. Αυτό είναι εξαιρετικό για πολλές εφαρμογές, ακόμη και η ελαφρότητα είναι ο στόχος. Αλλά αν απαιτείται φυσική αντοχή, όπως ένα μπουλόνι ή κάποιο άλλο εξάρτημα υψηλής αντοχής, τότε η [έγχυση μεταλλικής σκόνης] ή η MIM συνήθως δεν είναι κατάλληλες».
Μια φρεσκοτυπωμένη φωτογραφία από πολλαπλή απεικόνιση δείχνει τα πολύπλοκα εσωτερικά εξαρτήματα που μπορεί να παράγει ένας εκτυπωτής Rapidia.
Ο Gelbart επισημαίνει πολλά άλλα χαρακτηριστικά του εκτυπωτή. Τα δοχεία που περιέχουν μεταλλική πάστα είναι ξαναγεμιζόμενα και οι χρήστες που τα επιστρέφουν στη Rapidia για ξαναγέμισμα θα λαμβάνουν πόντους για οποιοδήποτε αχρησιμοποίητο υλικό.
Διατίθεται μια ποικιλία υλικών, όπως ανοξείδωτος χάλυβας 316 και 17-4PH, INCONEL 625, κεραμικό και ζιρκονία, καθώς και χαλκός, καρβίδιο του βολφραμίου και πολλά άλλα υλικά που βρίσκονται σε εξέλιξη. Τα υποστηρικτικά υλικά - το μυστικό συστατικό σε πολλούς μεταλλικούς εκτυπωτές - έχουν σχεδιαστεί για να εκτυπώνουν υποστρώματα που μπορούν να αφαιρεθούν ή να «εξατμιστούν» με το χέρι, ανοίγοντας την πόρτα σε διαφορετικά μη αναπαραγώγιμους εσωτερικούς χώρους.
Η Rapidia λειτουργεί εδώ και τέσσερα χρόνια και, ομολογουμένως, μόλις ξεκινάει. «Η εταιρεία αφιερώνει χρόνο για να διορθώσει τα πράγματα», είπε ο Gelbart.
Μέχρι σήμερα, αυτός και η ομάδα του έχουν αναπτύξει πέντε συστήματα, συμπεριλαμβανομένου ενός στο Κέντρο Πρόσβασης Τεχνολογίας Selkirk (STAC) στη Βρετανική Κολομβία. Ο ερευνητής Jason Taylor χρησιμοποιεί το μηχάνημα από τα τέλη Ιανουαρίου και έχει διαπιστώσει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με αρκετούς υπάρχοντες τρισδιάστατους εκτυπωτές STAC.
Σημείωσε ότι η δυνατότητα «κόλλησης με νερό» ακατέργαστων εξαρτημάτων πριν από την πυροσυσσωμάτωση έχει μεγάλες δυνατότητες. Είναι επίσης γνώστης των ζητημάτων που σχετίζονται με την απολίπανση, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης και της απόρριψης χημικών ουσιών. Ενώ οι συμφωνίες εμπιστευτικότητας εμποδίζουν τον Taylor να μοιραστεί λεπτομέρειες για μεγάλο μέρος της δουλειάς του εκεί, το πρώτο του δοκιμαστικό έργο είναι κάτι που πολλοί από εμάς θα μπορούσαμε να σκεφτούμε: ένα τρισδιάστατα εκτυπωμένο stick.
«Βγήκε τέλειο», είπε με ένα χαμόγελο. «Ολοκληρώσαμε την πρόσοψη, ανοίξαμε τρύπες για τον άξονα και τον χρησιμοποιώ τώρα. Είμαστε εντυπωσιασμένοι με την ποιότητα της εργασίας που έγινε με το νέο σύστημα. Όπως με όλα τα εξαρτήματα που έχουν υποστεί πυροσυσσώρευση, υπάρχει κάποια συρρίκνωση και ακόμη και μια μικρή κακή ευθυγράμμιση, αλλά το μηχάνημα είναι επαρκές. Συνεπώς, μπορούμε να αντισταθμίσουμε αυτά τα προβλήματα στο σχεδιασμό.
Η Έκθεση Προσθετικής (Additive Report) εστιάζει στη χρήση τεχνολογιών προσθετικής κατασκευής στην πραγματική παραγωγή. Οι κατασκευαστές σήμερα χρησιμοποιούν τρισδιάστατη εκτύπωση για τη δημιουργία εργαλείων και εξαρτημάτων, και ορισμένοι χρησιμοποιούν ακόμη και την τεχνολογία προσθετικής εκτύπωσης (AM) για παραγωγή μεγάλου όγκου. Οι ιστορίες τους θα παρουσιαστούν εδώ.