Все мы строили песочные замки на пляже: могучие стены, величественные башни, рвы, полные акул. Если вы хоть немного похожи на меня, вы удивитесь, как хорошо небольшое количество воды склеивает всё вместе — по крайней мере, до тех пор, пока не появится ваш старший брат и не разобьёт всё в приступе разрушительной радости.
Предприниматель Дэн Гелбарт также использует воду для склеивания материалов, хотя его конструкция гораздо прочнее, чем типичное пляжное творение выходного дня.
Будучи президентом и основателем компании Rapidia Tech Inc., поставщика систем 3D-печати металлом в Ванкувере, Британская Колумбия, и Либертивилле, Иллинойс, Гельбарт разработал метод изготовления деталей, который исключает трудоемкие этапы, присущие конкурирующим технологиям, и значительно упрощает удаление поддерживающих структур.
Кроме того, это делает соединение нескольких деталей не сложнее, чем просто замочить их в небольшом количестве воды и склеить — даже для деталей, изготовленных традиционными методами производства.
Гельбарт обсуждает некоторые принципиальные различия между своими системами на водной основе и системами, использующими металлические порошки, содержащие от 20% до 30% воска и полимера (по объему). Двухголовочные металлические 3D-принтеры Rapidia производят пасту из металлического порошка, воды и смоляного связующего в количествах от 0,3 до 0,4%.
Благодаря этому, пояснил он, исключается процесс удаления связующего вещества, необходимый в конкурирующих технологиях и часто занимающий несколько дней, и деталь можно сразу отправить в печь для спекания.
«Другие процессы в основном относятся к „давно зарекомендовавшей себя индустрии литья под давлением (MIM), которая требует, чтобы неспеченные детали содержали относительно высокое количество полимера для облегчения их извлечения из формы“, — сказал Гельбарт. — „Однако количество полимера, необходимое для склеивания деталей при 3D-печати, на самом деле очень мало — в большинстве случаев достаточно одной десятой процента“».
Так почему же пить воду? Как и в нашем примере с песочным замком, используемым для изготовления пасты (в данном случае металлической пасты), полимер скрепляет детали во время высыхания. В результате получается деталь с консистенцией и твердостью мела для рисования на асфальте, достаточно прочная, чтобы выдержать последующую механическую обработку после сборки, щадящую механическую обработку (хотя Gelbart рекомендует механическую обработку после спекания), сборку с водой вместе с другими необработанными деталями и отправку в печь.
Исключение обезжиривания также позволяет печатать более крупные детали с более толстыми стенками, поскольку при использовании металлических порошков, пропитанных полимером, полимер не может «выгореть», если стенки детали слишком толстые.
Гельбарт сказал, что один производитель оборудования требует толщину стенок 6 мм или меньше. «Допустим, вы изготавливаете деталь размером с компьютерную мышь. В этом случае внутренняя часть должна быть либо полой, либо, возможно, иметь сетчатую структуру. Это отлично подходит для многих применений, цель — даже легкость. Но если требуется физическая прочность, например, болт или другая высокопрочная деталь, то [литье под давлением металлического порошка] или MIM обычно не подходят».
На свежеотпечатанном фото коллектора видна сложная внутренняя структура, которую может воспроизводить принтер Rapidia.
Гельбарт отмечает несколько других особенностей принтера. Картриджи с металлической пастой можно заправлять, и пользователи, возвращающие их в Rapidia для заправки, получат баллы за неиспользованный материал.
Доступен широкий выбор материалов, включая нержавеющую сталь 316 и 17-4PH, INCONEL 625, керамику и диоксид циркония, а также медь, карбид вольфрама и ряд других материалов, находящихся в стадии разработки. Поддерживающие материалы – секретный ингредиент многих металлических 3D-принтеров – предназначены для печати на подложках, которые можно удалить или «испарить» вручную, что открывает возможности для получения внутренних поверхностей, которые иначе были бы невоспроизводимы.
Компания Rapidia работает уже четыре года и, по общему признанию, только начинает свой путь. «Компания не спешит с решением проблем», — сказал Гелбарт.
На сегодняшний день он и его команда развернули пять систем, в том числе одну в Центре доступа к технологиям Селкерка (STAC) в Британской Колумбии. Исследователь Джейсон Тейлор использует эту машину с конца января и отметил множество преимуществ по сравнению с несколькими существующими 3D-принтерами STAC.
Он отметил, что возможность «склеивать водой» заготовки перед спеканием имеет большой потенциал. Он также хорошо осведомлен о проблемах, связанных с обезжириванием, включая использование и утилизацию химических веществ. Хотя соглашения о неразглашении не позволяют Тейлору делиться подробностями большей части своей работы, его первый тестовый проект — это то, что многим из нас может прийти на ум: палка, напечатанная на 3D-принтере.
«Получилось идеально», — сказал он с улыбкой. «Мы закончили обработку поверхности, просверлили отверстия для вала, и я сейчас им пользуюсь. Мы впечатлены качеством работы, выполненной с помощью новой системы. Как и со всеми спеченными деталями, есть некоторая усадка и даже небольшое смещение, но машина вполне адекватна. Мы можем постоянно компенсировать эти проблемы в конструкции».
В отчете Additive Report рассматривается использование технологий аддитивного производства в реальном производстве. Сегодня производители используют 3D-печать для создания инструментов и приспособлений, а некоторые даже применяют аддитивное производство для крупномасштабного выпуска продукции. Их истории будут представлены здесь.