เราทุกคนต่างเคยสร้างปราสาททรายบนชายหาด ไม่ว่าจะเป็นกำแพงสูง หอคอยอันสง่างาม คูน้ำที่เต็มไปด้วยฉลาม หากคุณเป็นเหมือนฉัน คุณจะต้องประหลาดใจว่าน้ำเพียงเล็กน้อยสามารถเกาะติดกันได้ดีเพียงใด อย่างน้อยก็จนกว่าพี่ชายของคุณจะปรากฏขึ้นและเตะมันออกไปอย่างแรงจนเกิดการระเบิดของความดีใจ
ผู้ประกอบการ Dan Gelbart ยังใช้น้ำในการยึดวัสดุเข้าด้วยกัน แม้ว่าการออกแบบของเขาจะทนทานกว่าการแสดงริมชายหาดในช่วงสุดสัปดาห์มากก็ตาม
ในฐานะประธานและผู้ก่อตั้ง Rapidia Tech Inc. ซึ่งเป็นผู้จัดจำหน่ายระบบการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะในเมืองแวนคูเวอร์ รัฐบริติชโคลัมเบีย และเมืองลิเบอร์ตี้วิลล์ รัฐอิลลินอยส์ Gelbart ได้พัฒนาวิธีการผลิตชิ้นส่วนที่ช่วยขจัดขั้นตอนที่ใช้เวลานานซึ่งมักเกิดขึ้นในเทคโนโลยีคู่แข่ง ขณะเดียวกันก็ลดความยุ่งยากในการถอดส่วนรองรับลงอย่างมาก
นอกจากนี้ยังทำให้การเชื่อมต่อชิ้นส่วนหลายชิ้นเข้าด้วยกันไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไป เพียงแค่แช่ไว้ในน้ำเล็กน้อยแล้วติดกาวเข้าด้วยกันเท่านั้น แม้แต่กับชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยวิธีการผลิตแบบดั้งเดิมก็ตาม
Gelbart กล่าวถึงความแตกต่างพื้นฐานบางประการระหว่างระบบที่ใช้น้ำกับระบบที่ใช้ผงโลหะที่มีขี้ผึ้งและโพลีเมอร์ 20% ถึง 30% (ตามปริมาตร) เครื่องพิมพ์ 3 มิติโลหะแบบสองหัว Rapidia ผลิตแป้งจากผงโลหะ น้ำ และสารยึดเกาะเรซินในปริมาณตั้งแต่ 0.3 ถึง 0.4%
ด้วยเหตุนี้ เขาจึงอธิบายว่า กระบวนการถอดพันธะซึ่งจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีคู่แข่ง ซึ่งมักใช้เวลาหลายวัน ก็จะถูกกำจัดไป และสามารถส่งชิ้นส่วนไปยังเตาอบเผาได้โดยตรง
กระบวนการอื่นๆ ส่วนใหญ่อยู่ใน "อุตสาหกรรมการฉีดขึ้นรูป (MIM) ที่มีมายาวนาน ซึ่งต้องใช้ชิ้นส่วนที่ไม่ได้ผ่านกระบวนการเผาผนึกและไม่ได้ผ่านกระบวนการเผาผนึกในปริมาณพอลิเมอร์ที่ค่อนข้างสูงเพื่อให้สามารถนำออกจากแม่พิมพ์ได้" Gelbart กล่าว "อย่างไรก็ตาม ปริมาณพอลิเมอร์ที่จำเป็นในการยึดชิ้นส่วนสำหรับการพิมพ์ 3 มิตินั้นน้อยมาก โดยในกรณีส่วนใหญ่ เพียงหนึ่งในสิบเปอร์เซ็นต์ก็เพียงพอแล้ว"
แล้วทำไมต้องดื่มน้ำด้วยล่ะ? เช่นเดียวกับตัวอย่างปราสาททรายที่เราใช้ทำแป้งเปียก (แป้งเปียกสำหรับโลหะในกรณีนี้) โพลิเมอร์จะยึดชิ้นส่วนต่างๆ เข้าด้วยกันในขณะที่แห้ง ผลลัพธ์ที่ได้คือชิ้นส่วนที่มีความสม่ำเสมอและแข็งเหมือนชอล์กสำหรับปูถนน แข็งแรงพอที่จะทนต่อการกลึงหลังการประกอบ การกลึงแบบอ่อนโยน (แม้ว่า Gelbart จะแนะนำให้ใช้การกลึงหลังการเผาผนึก) ประกอบกับชิ้นส่วนที่ยังไม่เสร็จสมบูรณ์อื่นๆ ด้วยน้ำ และส่งเข้าเตาอบ
การขจัดคราบไขมันออกยังช่วยให้สามารถพิมพ์ชิ้นส่วนที่ใหญ่และผนังหนากว่าได้ เนื่องจากเมื่อใช้ผงโลหะที่ชุบด้วยโพลีเมอร์ โพลีเมอร์จะไม่สามารถ "ไหม้หมด" ได้หากผนังชิ้นส่วนหนาเกินไป
Gelbart กล่าวว่าผู้ผลิตอุปกรณ์รายหนึ่งกำหนดให้ผนังต้องมีความหนาไม่เกิน 6 มม. “ลองสมมติว่าคุณกำลังสร้างชิ้นส่วนที่มีขนาดเท่ากับเมาส์คอมพิวเตอร์ ในกรณีนั้น ส่วนภายในจะต้องเป็นโพรงหรืออาจเป็นตาข่ายก็ได้ ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานหลายประเภท โดยเป้าหมายคือความเบา แต่ถ้าต้องการความแข็งแรงทางกายภาพ เช่น สลักเกลียวหรือชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงสูงอื่นๆ [การฉีดผงโลหะ] หรือ MIM มักจะไม่เหมาะสม”
ภาพถ่ายของท่อร่วมที่พิมพ์ใหม่แสดงให้เห็นส่วนประกอบภายในอันซับซ้อนที่เครื่องพิมพ์ Rapidia สามารถผลิตได้
Gelbart ชี้ให้เห็นถึงคุณสมบัติอื่นๆ ของเครื่องพิมพ์อีกหลายประการ ตลับหมึกที่บรรจุโลหะสามารถเติมหมึกได้ และผู้ใช้ที่ส่งคืนตลับหมึกให้กับ Rapidia เพื่อเติมหมึกจะได้รับคะแนนสำหรับวัสดุที่ไม่ได้ใช้
มีวัสดุให้เลือกหลากหลาย เช่น สเตนเลส 316 และ 17-4PH, INCONEL 625, เซรามิกและเซอร์โคเนีย รวมถึงทองแดง ทังสเตนคาร์ไบด์ และวัสดุอื่นๆ อีกหลายชนิดที่กำลังพัฒนา วัสดุรองรับซึ่งเป็นส่วนผสมลับในเครื่องพิมพ์โลหะหลายๆ เครื่อง ได้รับการออกแบบมาเพื่อพิมพ์วัสดุพิมพ์ที่สามารถถอดออกหรือ "ระเหย" ด้วยมือได้ ทำให้เปิดทางสู่ส่วนภายในที่ไม่สามารถผลิตซ้ำได้ด้วยวิธีอื่น
Rapidia ดำเนินธุรกิจมาเป็นเวลาสี่ปีแล้ว และยอมรับว่าเพิ่งเริ่มต้นเท่านั้น “บริษัทกำลังใช้เวลาในการแก้ไขปัญหา” Gelbart กล่าว
จนถึงปัจจุบัน เขาและทีมงานได้นำระบบ 5 ระบบไปใช้งานแล้ว รวมถึงระบบหนึ่งที่ Selkirk Technology Access Center (STAC) ในบริติชโคลัมเบีย นักวิจัย Jason Taylor ได้ใช้เครื่องนี้มาตั้งแต่ปลายเดือนมกราคม และพบข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ STAC รุ่นปัจจุบันหลายรุ่น
เขาสังเกตว่าความสามารถในการ "ติดกาวชิ้นส่วนดิบเข้าด้วยกันด้วยน้ำ" ก่อนการเผาผนึกนั้นมีศักยภาพอย่างมาก นอกจากนี้ เขายังมีความรู้เกี่ยวกับปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการขจัดไขมัน รวมถึงการใช้และการกำจัดสารเคมี แม้ว่าข้อตกลงไม่เปิดเผยข้อมูลจะป้องกันไม่ให้เทย์เลอร์เปิดเผยรายละเอียดเกี่ยวกับงานส่วนใหญ่ของเขาที่นั่น แต่โปรเจ็กต์ทดสอบแรกของเขาเป็นสิ่งที่หลายๆ คนอาจนึกถึง: แท่งที่พิมพ์ 3 มิติ
“มันออกมาสมบูรณ์แบบ” เขากล่าวพร้อมรอยยิ้ม “เราทำส่วนหน้าให้เสร็จ เจาะรูสำหรับเพลา และตอนนี้ฉันก็ใช้มันอยู่ เรารู้สึกประทับใจกับคุณภาพของงานที่ทำด้วยระบบใหม่นี้ เช่นเดียวกับชิ้นส่วนที่ผ่านการเผาผนึกทั้งหมด มีการหดตัวและการจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องเล็กน้อย แต่เครื่องจักรก็เพียงพอ เราสามารถชดเชยปัญหาเหล่านี้ได้ในการออกแบบอย่างสม่ำเสมอ
รายงาน Additive มุ่งเน้นไปที่การใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมแต่งในการผลิตจริง ปัจจุบันผู้ผลิตใช้การพิมพ์ 3 มิติในการสร้างเครื่องมือและอุปกรณ์ และบางรายยังใช้ AM สำหรับการผลิตปริมาณมาก เรื่องราวของผู้ผลิตเหล่านี้จะนำเสนอที่นี่