Vi har alla byggt sandslott på stranden: mäktiga murar, majestätiska torn, vallgravar fulla av hajar. Om du är något som jag, kommer du bli förvånad över hur bra en liten mängd vatten håller ihop – åtminstone tills din storebror dyker upp och sparkar i det i en utbrott av destruktiv glädje.
Entreprenören Dan Gelbart använder också vatten för att binda material, även om hans design är mycket mer hållbar än ett strandspektakel på helgen.
Som VD och grundare av Rapidia Tech Inc., en leverantör av 3D-utskriftssystem för metall i Vancouver, British Columbia och Libertyville, Illinois, har Gelbart utvecklat en tillverkningsmetod för delar som eliminerar de tidskrävande steg som är inneboende i konkurrerande tekniker samtidigt som den avsevärt förenklar borttagningen av stöd.
Det gör det också inte svårare att sammanfoga flera delar än att bara blötlägga dem i lite vatten och limma ihop dem – även för delar tillverkade med traditionella tillverkningsmetoder.
Gelbart diskuterar några grundläggande skillnader mellan sina vattenbaserade system och de som använder metallpulver som innehåller 20–30 volymprocent vax och polymer. Rapidias dubbelhövdade 3D-skrivare i metall producerar en pasta av metallpulver, vatten och ett hartsbindemedel i mängder från 0,3 till 0,4 %.
På grund av detta, förklarade han, elimineras den avbindningsprocessen som krävs av konkurrerande tekniker, vilken ofta tar flera dagar, och detaljen kan skickas direkt till sintringsugnen.
De andra processerna finns mestadels inom den "långvariga formsprutningsindustrin (MIM) som kräver att osintrade osintrade delar innehåller relativt höga andelar polymer för att underlätta deras frigöring från formen", sa Gelbart. "Mängden polymer som behövs för att binda delar för 3D-utskrift är dock faktiskt mycket liten – en tiondels procent är tillräckligt i de flesta fall."
Så varför dricka vatten? Precis som i vårt exempel på sandslott som används för att tillverka pasta (metallpasta i det här fallet), håller polymeren ihop delarna när de torkar. Resultatet är en del med konsistensen och hårdheten hos trottoarkrita, tillräckligt stark för att motstå bearbetning efter montering, varsam bearbetning (även om Gelbart rekommenderar bearbetning efter sintring), montering med vatten med andra obehandlade delar och skickas till ugnen.
Att eliminera avfettning gör det också möjligt att trycka större, tjockväggiga delar eftersom polymeren inte kan "bränna ut" om delväggarna är för tjocka när man använder metallpulver impregnerade med polymer.
Gelbart sa att en utrustningstillverkare krävde väggtjocklekar på 6 mm eller mindre. ”Så låt oss säga att du bygger en del ungefär lika stor som en datormus. I så fall skulle insidan behöva vara antingen ihålig eller kanske någon form av nät. Detta är utmärkt för många tillämpningar, även om lätthet är målet. Men om fysisk styrka krävs, som en bult eller någon annan höghållfast del, då är [metallpulverinjektion] eller MIM vanligtvis inte lämpliga.”
Ett nyutskrivet foto av manifolden visar de komplexa interna komponenter som en Rapidia-skrivare kan producera.
Gelbart påpekar flera andra funktioner hos skrivaren. Patroner som innehåller metallpasta är påfyllningsbara och användare som returnerar dem till Rapidia för påfyllning får poäng för oanvänt material.
En mängd olika material finns tillgängliga, inklusive rostfritt stål 316 och 17-4PH, INCONEL 625, keramik och zirkoniumoxid, samt koppar, volframkarbid och flera andra material under utveckling. Stödmaterial – den hemliga ingrediensen i många metallskrivare – är utformade för att skriva ut substrat som kan tas bort eller "avdunstas" för hand, vilket öppnar dörren till annars oåterskapbara invändiga material.
Rapidia har varit verksamt i fyra år och har visserligen precis börjat. ”Företaget tar sig tid att fixa saker”, sa Gelbart.
Hittills har han och hans team driftsatt fem system, inklusive ett vid Selkirk Technology Access Center (STAC) i British Columbia. Forskaren Jason Taylor har använt maskinen sedan slutet av januari och har sett många fördelar jämfört med flera befintliga STAC 3D-skrivare.
Han noterade att möjligheten att "limma ihop med vatten" råa delar före sintring har stor potential. Han är också kunnig om de problem som är förknippade med avfettning, inklusive användning och avfallshantering av kemikalier. Även om sekretessavtal hindrar Taylor från att dela detaljer om mycket av sitt arbete där, är hans första testprojekt något som många av oss kanske tänker på: en 3D-printad pinne.
”Det blev perfekt”, sa han med ett leende. ”Vi färdigställde ytan, borrade hål för axeln, och jag använder den nu. Vi är imponerade av kvaliteten på arbetet som utförts med det nya systemet. Som med alla sintrade delar finns det viss krympning och till och med lite snedställning, men maskinen är tillräcklig. Vi kan konsekvent kompensera för dessa problem i konstruktionen.”
Den additiva rapporten fokuserar på användningen av additiva tillverkningstekniker i verklig produktion. Tillverkare använder idag 3D-utskrift för att skapa verktyg och fixturer, och vissa använder till och med AM för storskalig produktion. Deras berättelser kommer att presenteras här.