Ai trong chúng ta cũng từng xây lâu đài cát trên bãi biển: những bức tường vững chắc, những tòa tháp hùng vĩ, những con hào đầy cá mập. Nếu bạn giống tôi, bạn sẽ ngạc nhiên khi thấy một lượng nước nhỏ lại có thể kết dính với nhau tốt đến thế nào — ít nhất là cho đến khi anh trai bạn xuất hiện và đá tung nó lên trong một cơn vui sướng phá phách.
Doanh nhân Dan Gelbart cũng sử dụng nước để kết dính các vật liệu, mặc dù thiết kế của ông bền hơn nhiều so với một trò giải trí trên bãi biển cuối tuần.
Với tư cách là chủ tịch kiêm người sáng lập Rapidia Tech Inc., một nhà cung cấp hệ thống in 3D kim loại tại Vancouver, British Columbia và Libertyville, Illinois, Gelbart đã phát triển một phương pháp sản xuất linh kiện giúp loại bỏ các bước tốn thời gian vốn có trong các công nghệ cạnh tranh, đồng thời đơn giản hóa đáng kể việc loại bỏ vật liệu hỗ trợ.
Điều này cũng giúp việc ghép nhiều bộ phận lại với nhau trở nên dễ dàng hơn so với việc chỉ cần ngâm chúng trong một ít nước và dán chúng lại với nhau—ngay cả đối với các bộ phận được sản xuất bằng phương pháp truyền thống.
Gelbart thảo luận về một số điểm khác biệt cơ bản giữa hệ thống gốc nước của ông và các hệ thống sử dụng bột kim loại chứa từ 20% đến 30% sáp và polyme (theo thể tích). Máy in 3D kim loại hai đầu Rapidia tạo ra hỗn hợp dạng sệt từ bột kim loại, nước và chất kết dính nhựa với tỷ lệ từ 0,3 đến 0,4%.
Ông giải thích rằng, vì lý do này, quy trình loại bỏ chất kết dính cần thiết trong các công nghệ cạnh tranh, thường mất vài ngày, được loại bỏ và chi tiết có thể được đưa thẳng đến lò thiêu kết.
Ông Gelbart cho biết, các quy trình khác chủ yếu thuộc "ngành công nghiệp ép phun (MIM) lâu đời, yêu cầu các bộ phận chưa nung phải chứa tỷ lệ polymer tương đối cao để dễ dàng tách khỏi khuôn". "Tuy nhiên, lượng polymer cần thiết để liên kết các bộ phận cho in 3D thực tế rất nhỏ - chỉ cần 0,1% là đủ trong hầu hết các trường hợp."
Vậy tại sao lại cần nước? Cũng như ví dụ về lâu đài cát được dùng để làm bột nhão (bột nhão kim loại trong trường hợp này), polyme sẽ giữ các mảnh lại với nhau khi chúng khô. Kết quả là một chi tiết có độ đặc và độ cứng như phấn vẽ vỉa hè, đủ chắc chắn để chịu được gia công sau khi lắp ráp, gia công nhẹ (mặc dù Gelbart khuyến nghị gia công sau khi thiêu kết), lắp ráp với nước cùng các chi tiết chưa hoàn thiện khác, và đưa vào lò nung.
Việc loại bỏ công đoạn tẩy dầu mỡ cũng cho phép in các chi tiết có kích thước lớn hơn và thành dày hơn vì khi sử dụng bột kim loại được tẩm polymer, polymer sẽ không thể "cháy" nếu thành chi tiết quá dày.
Gelbart cho biết một nhà sản xuất thiết bị yêu cầu độ dày thành chỉ 6mm hoặc ít hơn. “Ví dụ, nếu bạn đang chế tạo một bộ phận có kích thước bằng con chuột máy tính, thì phần bên trong cần phải rỗng hoặc có thể là dạng lưới. Điều này rất tốt cho nhiều ứng dụng, ngay cả khi mục tiêu là giảm trọng lượng. Nhưng nếu cần độ bền vật lý như bu lông hoặc các bộ phận có độ bền cao khác, thì phương pháp ép phun bột kim loại (MIM) thường không phù hợp.”
Ảnh chụp bộ phận in mới đây cho thấy cấu trúc phức tạp bên trong mà máy in Rapidia có thể tạo ra.
Gelbart chỉ ra một số tính năng khác của máy in. Hộp mực chứa bột kim loại có thể nạp lại và người dùng gửi chúng về Rapidia để nạp lại sẽ nhận được điểm cho bất kỳ vật liệu nào chưa sử dụng.
Có nhiều loại vật liệu khác nhau, bao gồm thép không gỉ 316 và 17-4PH, INCONEL 625, gốm sứ và zirconia, cũng như đồng, cacbua vonfram và một số vật liệu khác đang được phát triển. Vật liệu hỗ trợ – thành phần bí mật trong nhiều máy in kim loại – được thiết kế để in các chất nền có thể được loại bỏ hoặc “làm bay hơi” bằng tay, mở ra khả năng tạo ra các bề mặt bên trong mà nếu không sẽ không thể tái tạo được.
Rapidia đã hoạt động được bốn năm và thừa nhận rằng, họ chỉ mới bắt đầu. "Công ty đang dành thời gian để khắc phục mọi vấn đề," Gelbart nói.
Đến nay, ông và nhóm của mình đã triển khai năm hệ thống, bao gồm một hệ thống tại Trung tâm Tiếp cận Công nghệ Selkirk (STAC) ở British Columbia. Nhà nghiên cứu Jason Taylor đã sử dụng máy này từ cuối tháng Giêng và nhận thấy nhiều ưu điểm vượt trội so với một số máy in 3D hiện có tại STAC.
Ông lưu ý rằng khả năng “kết dính các bộ phận thô bằng nước” trước khi nung kết có tiềm năng rất lớn. Ông cũng am hiểu về các vấn đề liên quan đến việc tẩy dầu mỡ, bao gồm cả việc sử dụng và xử lý hóa chất. Mặc dù các thỏa thuận bảo mật ngăn cản Taylor chia sẻ chi tiết về phần lớn công việc của mình ở đó, nhưng dự án thử nghiệm đầu tiên của ông là một thứ mà nhiều người trong chúng ta có thể nghĩ đến: một chiếc que được in 3D.
“Kết quả hoàn hảo,” anh ấy nói với nụ cười. “Chúng tôi đã hoàn thiện mặt trước, khoan lỗ cho trục, và giờ tôi đang sử dụng nó. Chúng tôi rất ấn tượng với chất lượng công việc được thực hiện bằng hệ thống mới. Cũng như tất cả các bộ phận được nung kết, có một chút co ngót và thậm chí một chút sai lệch, nhưng máy móc hoạt động tốt. Chúng tôi luôn có thể bù đắp những vấn đề này trong thiết kế.”
Bản tin Additive Report tập trung vào việc sử dụng công nghệ sản xuất bồi đắp (additive manufacturing) trong sản xuất thực tế. Ngày nay, các nhà sản xuất đang sử dụng in 3D để tạo ra các công cụ và đồ gá, và một số thậm chí còn sử dụng AM cho sản xuất hàng loạt. Câu chuyện của họ sẽ được giới thiệu ở đây.