Wszyscy budowaliśmy zamki z piasku na plaży: potężne mury, majestatyczne wieże, fosy pełne rekinów. Jeśli jesteś choć trochę podobny do mnie, zdziwisz się, jak dobrze trzyma się odrobina wody – przynajmniej dopóki nie pojawi się twój starszy brat i nie kopnie jej w wybuchu destrukcyjnej radości.
Przedsiębiorca Dan Gelbart również wykorzystuje wodę do łączenia materiałów, jednak jego projekt jest o wiele trwalszy niż weekendowy spektakl na plaży.
Jako prezes i założyciel Rapidia Tech Inc., dostawcy systemów druku 3D elementów metalowych w Vancouver w Kolumbii Brytyjskiej i Libertyville w stanie Illinois, Gelbart opracował metodę produkcji części, która eliminuje czasochłonne etapy typowe dla konkurencyjnych technologii, a jednocześnie znacznie upraszcza usuwanie podpór.
Dzięki temu łączenie wielu części nie jest trudniejsze niż po prostu namoczenie ich w odrobinie wody i sklejenie — nawet w przypadku części wykonanych tradycyjnymi metodami.
Gelbart omawia kilka fundamentalnych różnic między swoimi systemami na bazie wody a systemami wykorzystującymi proszki metaliczne zawierające od 20% do 30% wosku i polimeru (objętościowo). Dwugłowicowe drukarki 3D Rapidia do metalu wytwarzają pastę z proszku metalicznego, wody i spoiwa żywicznego w ilościach od 0,3 do 0,4%.
Dzięki temu – jak wyjaśnił – wyeliminowany zostaje proces usuwania spoiwa, który często trwa kilka dni i który jest wymagany w przypadku konkurencyjnych technologii, a część może zostać przesłana bezpośrednio do pieca spiekalniczego.
Pozostałe procesy są głównie stosowane w „długoletnim przemyśle formowania wtryskowego (MIM), który wymaga, aby niespiekane, niespiekane części zawierały stosunkowo duże ilości polimeru, aby ułatwić ich wyjmowanie z formy” – powiedział Gelbart. „Jednak ilość polimeru potrzebna do połączenia części w druku 3D jest w rzeczywistości bardzo mała – w większości przypadków wystarczy jedna dziesiąta procenta”.
Po co więc pić wodę? Podobnie jak w naszym przykładzie zamku z piasku, z którego zrobiono pastę (w tym przypadku pastę metalową), polimer utrzymuje elementy razem podczas wysychania. Rezultatem jest element o konsystencji i twardości kredy chodnikowej, wystarczająco wytrzymały, aby wytrzymać obróbkę mechaniczną po montażu, delikatną obróbkę (chociaż Gelbart zaleca obróbkę mechaniczną po spiekaniu), montaż z wodą i innymi niedokończonymi elementami, a następnie umieszczenie w piecu.
Wyeliminowanie odtłuszczania pozwala również na drukowanie większych części o grubszych ściankach, ponieważ w przypadku stosowania proszków metalowych impregnowanych polimerem, polimer nie może się „wypalić”, jeśli ścianki części są zbyt grube.
Gelbart powiedział, że jeden z producentów sprzętu wymagał grubości ścianek 6 mm lub mniejszej. „Załóżmy, że budujesz element wielkości myszy komputerowej. W takim przypadku wnętrze musiałoby być albo puste, albo wykonane z jakiejś siatki. To świetne rozwiązanie w wielu zastosowaniach, a celem jest nawet lekkość. Ale jeśli wymagana jest wytrzymałość fizyczna, na przykład w przypadku śruby lub innego elementu o wysokiej wytrzymałości, to [wtrysk proszku metalu] lub MIM zazwyczaj nie są odpowiednie”.
Świeżo wydrukowane zdjęcie kolektora przedstawia skomplikowane podzespoły, jakie może wytworzyć drukarka Rapidia.
Gelbart zwraca uwagę na kilka innych cech drukarki. Wkłady zawierające pastę metalową można uzupełniać, a użytkownicy, którzy zwrócą je do Rapidia w celu uzupełnienia, otrzymają punkty za niewykorzystany materiał.
Dostępna jest szeroka gama materiałów, w tym stal nierdzewna 316 i 17-4PH, INCONEL 625, ceramika i tlenek cyrkonu, a także miedź, węglik wolframu i kilka innych materiałów w fazie rozwoju. Materiały podporowe – sekretny składnik wielu drukarek do metalu – są przeznaczone do drukowania podłoży, które można usunąć lub „odparować” ręcznie, co otwiera drzwi do niemożliwych do odtworzenia wnętrz.
Rapidia działa na rynku od czterech lat i, co prawda, dopiero zaczyna. „Firma potrzebuje czasu, żeby wszystko naprawić” – powiedział Gelbart.
Do tej pory on i jego zespół wdrożyli pięć systemów, w tym jeden w Selkirk Technology Access Center (STAC) w Kolumbii Brytyjskiej. Badacz Jason Taylor korzysta z tej maszyny od końca stycznia i dostrzegł wiele jej zalet w porównaniu z kilkoma istniejącymi drukarkami 3D STAC.
Zauważył, że możliwość „sklejania wodą” surowych części przed spiekaniem ma ogromny potencjał. Posiada również wiedzę na temat zagadnień związanych z odtłuszczaniem, w tym stosowania i utylizacji chemikaliów. Chociaż umowy o zachowaniu poufności uniemożliwiają Taylorowi dzielenie się szczegółami większości swojej pracy, jego pierwszym projektem testowym jest coś, o czym wielu z nas mogłoby pomyśleć: patyk drukowany w technologii 3D.
„Wyszło idealnie” – powiedział z uśmiechem. „Skończyliśmy lico, wywierciliśmy otwory na wał i teraz go używam. Jesteśmy pod wrażeniem jakości pracy wykonanej nowym systemem. Jak w przypadku wszystkich elementów spiekanych, występuje pewien skurcz, a nawet niewielkie przesunięcia, ale maszyna jest wystarczająca. Zawsze możemy zrekompensować te problemy w projekcie”.
Raport Additive koncentruje się na wykorzystaniu technologii wytwarzania addytywnego w rzeczywistej produkcji. Producenci wykorzystują obecnie druk 3D do tworzenia narzędzi i oprzyrządowania, a niektórzy nawet do produkcji wielkoseryjnej. Ich historie zostaną tutaj przedstawione.