Wszyscy budowaliśmy zamki z piasku na plaży: potężne mury, majestatyczne wieże, fosy pełne rekinów. Jeśli jesteś taki jak ja, zdziwisz się, jak dobrze trzyma się mała ilość 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 charakterystyczne 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 produkcyjnymi.
Gelbart omawia podstawowe różnice między swoimi systemami na bazie wody a systemami wykorzystującymi proszki metalowe zawierające od 20% do 30% wosku i polimeru (objętościowo). Dwugłowicowe drukarki 3D Rapidia do metalu wytwarzają pastę z proszku metalowego, wody i spoiwa żywicznego w ilościach od 0,3 do 0,4%.
Dzięki temu – wyjaśnił – wyeliminowany zostaje proces usuwania spoiwa, który często trwa kilka dni i część można wysłać bezpośrednio do pieca spiekalniczego.
Pozostałe procesy są głównie w „długoletnim przemyśle formowania wtryskowego (MIM), który wymaga, aby niespiekane niespiekane części zawierały stosunkowo wysokie proporcje polimeru, aby ułatwić ich wyjmowanie z formy” — powiedział Gelbart. „Jednak ilość polimeru potrzebna do połączenia części do druku 3D jest w rzeczywistości bardzo mała — w większości przypadków wystarczy jedna dziesiąta procenta”.
Dlaczego więc pić wodę? Podobnie jak w naszym przykładzie zamku z piasku, z którego zrobiono pastę (w tym przypadku pastę metalową), polimer utrzymuje części razem, gdy wysychają. Rezultatem jest część o konsystencji i twardości kredy chodnikowej, wystarczająco mocna, aby wytrzymać obróbkę po montażu, delikatną obróbkę (chociaż Gelbart zaleca obróbkę po spiekaniu), montaż z wodą z innymi niedokończonymi częściami i wysłanie do pieca.
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 producent sprzętu wymagał grubości ścianek 6 mm lub mniejszej. „Załóżmy więc, że budujesz część wielkości myszy komputerowej. W takim przypadku wnętrze musiałoby być albo puste, albo może być jakimś rodzajem siatki. To świetne rozwiązanie dla wielu zastosowań, celem jest nawet lekkość. Ale jeśli wymagana jest wytrzymałość fizyczna, jak w przypadku śruby lub innej części o wysokiej wytrzymałości, to [wtrysk proszku metalowego] lub MIM zazwyczaj nie są odpowiednie”.
Świeżo wydrukowane zdjęcie kolektora pokazuje skomplikowane elementy wewnętrzne, jakie może wytworzyć drukarka Rapidia.
Gelbart wskazuje na kilka innych cech drukarki. Wkłady zawierające pastę metalową można uzupełniać, a użytkownicy zwracający je do Rapidia w celu uzupełnienia otrzymają punkty za każdy niewykorzystany materiał.
Dostępnych jest wiele materiałów, w tym stal nierdzewna 316 i 17-4PH, INCONEL 625, ceramika i cyrkonia, a także miedź, węglik wolframu i kilka innych materiałów w fazie rozwoju. Materiały pomocnicze – tajny składnik wielu drukarek metalowych – są przeznaczone do drukowania podłoży, które można usunąć lub „odparować” ręcznie, otwierając drzwi do wnętrz, których w innym przypadku nie dałoby się odtworzyć.
Rapidia działa od czterech lat i, trzeba przyznać, dopiero zaczyna. „Firma potrzebuje czasu, aby naprawić pewne rzeczy” — 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 używa maszyny od końca stycznia i zauważył wiele 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 problemów związanych z odtłuszczaniem, w tym stosowania i utylizacji chemikaliów. Podczas gdy umowy o zachowaniu poufności uniemożliwiają Taylorowi dzielenie się szczegółami większości swojej pracy tam, jego pierwszy projekt testowy jest czymś, o czym wielu z nas mogłoby pomyśleć: patyk drukowany w technologii 3D.
„Wyszło idealnie” – powiedział z uśmiechem. „Skończyliśmy twarz, wywierciliśmy otwory na wał i teraz go używam. Jesteśmy pod wrażeniem jakości pracy wykonanej nowym systemem. Jak w przypadku wszystkich spiekanych części, występuje pewne kurczenie się, a nawet niewielkie rozbieżności, ale maszyna jest odpowiednia. Zawsze możemy zrekompensować te problemy w projekcie.
Raport Additive Report koncentruje się na wykorzystaniu technologii produkcji addytywnej w rzeczywistej produkcji. Producenci obecnie wykorzystują druk 3D do tworzenia narzędzi i oprzyrządowania, a niektórzy nawet wykorzystują AM do produkcji wielkoseryjnej. Ich historie zostaną tutaj przedstawione.