Мы все строили замки из песка на пляже: могучие стены, величественные башни, рвы, полные акул. Если вы хоть немного похожи на меня, вы будете удивлены, насколько хорошо склеивается небольшое количество воды — по крайней мере, пока не появится ваш старший брат и не пнет ее в порыве разрушительной радости.
Предприниматель Дэн Гелбарт также использует воду для склеивания материалов, хотя его конструкция гораздо долговечнее пляжного развлечения выходного дня.
Будучи президентом и основателем Rapidia Tech Inc., поставщика систем 3D-печати по металлу в Ванкувере (Британская Колумбия) и Либертивилле (Иллинойс), Гелбарт разработал метод изготовления деталей, который исключает трудоемкие этапы, присущие конкурирующим технологиям, и в то же время значительно упрощает удаление поддержек.
Кроме того, соединение нескольких деталей становится не сложнее, чем простое замачивание их в небольшом количестве воды и склеивание — даже для деталей, изготовленных традиционными методами производства.
Гелбарт обсуждает некоторые фундаментальные различия между его системами на водной основе и теми, которые используют металлические порошки, содержащие 20–30 % воска и полимера (по объему). Двухголовочные металлические 3D-принтеры Rapidia производят пасту из металлического порошка, воды и связующего вещества на основе смолы в количествах от 0,3 до 0,4 %.
По его словам, благодаря этому исключается процесс удаления связующего, необходимый в конкурирующих технологиях и часто занимающий несколько дней, и деталь можно сразу отправлять в печь для спекания.
Другие процессы в основном относятся к «давно существующей отрасли литья под давлением (MIM), которая требует, чтобы неспеченные детали содержали относительно высокие доли полимера для облегчения их извлечения из формы», — сказал Гелбарт. «Однако количество полимера, необходимое для склеивания деталей для 3D-печати, на самом деле очень мало — в большинстве случаев достаточно одной десятой процента».
Так зачем же пить воду? Как и в нашем примере с песчаным замком, который использовался для приготовления пасты (в данном случае металлической пасты), полимер удерживает детали вместе, пока они высыхают. В результате получается деталь с консистенцией и твердостью тротуарного мела, достаточно прочная, чтобы выдержать послесборочную обработку, щадящую обработку (хотя Гелбарт рекомендует послеспекательную обработку), сборку с водой с другими незаконченными деталями и отправку в печь.
Исключение обезжиривания также позволяет печатать более крупные и толстостенные детали, поскольку при использовании металлических порошков, пропитанных полимером, полимер не может «выгореть», если стенки детали слишком толстые.
Гелбарт сказал, что один производитель оборудования требовал толщину стенок 6 мм или меньше. «Итак, допустим, вы создаете деталь размером с компьютерную мышь. В этом случае внутренняя часть должна быть либо полой, либо, может быть, какой-то сеткой. Это отлично подходит для многих применений, даже легкость является целью. Но если требуется физическая прочность, как для болта или какой-то другой высокопрочной детали, то [инжекция металлического порошка] или MIM обычно не подходят».
Фотография свежеотпечатанного коллектора демонстрирует сложные внутренние детали, которые может изготавливать принтер Rapidia.
Гелбарт указывает на несколько других особенностей принтера. Картриджи, содержащие металлическую пасту, можно заправлять, и пользователи, возвращающие их в Rapidia для заправки, получат баллы за любой неиспользованный материал.
Доступны различные материалы, включая нержавеющую сталь 316 и 17-4PH, INCONEL 625, керамику и цирконий, а также медь, карбид вольфрама и несколько других материалов, находящихся в разработке. Поддерживающие материалы — секретный ингредиент многих металлических принтеров — предназначены для печати на подложках, которые можно удалить или «испарить» вручную, открывая дверь к невоспроизводимым в противном случае интерьерам.
Rapidia существует уже четыре года и, по общему признанию, только начинает. «Компания не спешит исправлять ситуацию», — сказал Гелбарт.
На сегодняшний день он и его команда развернули пять систем, включая одну в Центре доступа к технологиям Селкирка (STAC) в Британской Колумбии. Исследователь Джейсон Тейлор использует машину с конца января и увидел множество преимуществ по сравнению с несколькими существующими 3D-принтерами STAC.
Он отметил, что способность «склеивать водой» сырые детали перед спеканием имеет большой потенциал. Он также хорошо разбирается в вопросах, связанных с обезжириванием, включая использование и утилизацию химикатов. Хотя соглашения о неразглашении не позволяют Тейлору делиться подробностями большей части своей работы там, его первый тестовый проект — это то, о чем многие из нас могут подумать: 3D-печатная палочка.
«Получилось идеально», — сказал он с улыбкой. «Мы закончили лицевую часть, просверлили отверстия для вала, и теперь я им пользуюсь. Мы впечатлены качеством работы, проделанной с новой системой. Как и во всех спеченных деталях, есть некоторая усадка и даже небольшое смещение, но машина адекватна. Последовательно мы можем компенсировать эти проблемы в конструкции.
Отчет Additive Report посвящен использованию технологий аддитивного производства в реальном производстве. Сегодня производители используют 3D-печать для создания инструментов и приспособлений, а некоторые даже используют AM для крупносерийного производства. Их истории будут представлены здесь.