Ми всі будували піщані замки на пляжі: могутні стіни, величні вежі, рови, повні акул. Якщо ви хоч трохи схожі на мене, то будете здивовані, як добре тримається невелика кількість води — принаймні, доки не з'явиться ваш старший брат і не вдарить її ногою в пориві руйнівної радості.
Підприємець Ден Гелбарт також використовує воду для склеювання матеріалів, хоча його дизайн набагато довговічніший, ніж видовище на пляжі вихідного дня.
Як президент і засновник Rapidia Tech Inc., постачальника систем 3D-друку металом у Ванкувері, Британська Колумбія, та Лібертівіллі, Іллінойс, Гелбарт розробив метод виробництва деталей, який усуває трудомісткі етапи, властиві конкуруючим технологіям, водночас значно спрощуючи видалення опор.
Це також робить з'єднання кількох деталей не більш складним, ніж просто замочити їх у невеликій кількості води та склеїти разом — навіть для деталей, виготовлених традиційними методами виробництва.
Гельбарт обговорює деякі фундаментальні відмінності між його системами на водній основі та тими, що використовують металеві порошки, що містять від 20% до 30% воску та полімеру (за об'ємом). Двоголовкові металеві 3D-принтери Rapidia виготовляють пасту з металевого порошку, води та смоляного сполучного речовини в кількостях від 0,3 до 0,4%.
Завдяки цьому, пояснив він, процес видалення зв'язуючих речовин, необхідний конкуруючими технологіями, який часто триває кілька днів, усувається, і деталь можна відправляти безпосередньо до печі для спікання.
Інші процеси здебільшого використовуються в «давній галузі лиття під тиском (MIM), яка вимагає, щоб неспечені неспечені деталі містили відносно високу частку полімеру для полегшення їхнього вивільнення з форми», – сказав Гельбарт. «Однак кількість полімеру, необхідного для склеювання деталей для 3D-друку, насправді дуже мала — у більшості випадків достатньо однієї десятої відсотка».
Тож навіщо пити воду? Як і у випадку з нашим прикладом піщаного замку, який використовується для виготовлення пасти (у цьому випадку металевої пасти), полімер утримує деталі разом під час висихання. В результаті виходить деталь з консистенцією та твердістю тротуарної крейди, достатньо міцна, щоб витримувати механічну обробку після складання, дбайливу механічну обробку (хоча Гельбарт рекомендує механічну обробку після спікання), складання з водою з іншими необробленими деталями та відправку в піч.
Відмова від знежирення також дозволяє друкувати більші, товстіші деталі, оскільки при використанні металевих порошків, просочених полімером, полімер не може «вигоріти», якщо стінки деталі занадто товсті.
Гельбарт сказав, що один виробник обладнання вимагає товщини стінок 6 мм або менше. «Отже, припустимо, ви створюєте деталь розміром приблизно з комп’ютерну мишу. У такому випадку внутрішня частина має бути або порожнистою, або, можливо, з якоїсь сітки. Це чудово підходить для багатьох застосувань, навіть легкість є метою. Але якщо потрібна фізична міцність, як-от болт або якась інша високоміцна деталь, то [лиття металевого порошку] або MIM зазвичай не підходять».
Щойно надруковане фото колектора показує складні внутрішні механізми, які може створювати принтер Rapidia.
Гельбарт вказує на кілька інших особливостей принтера. Картриджі, що містять металеву пасту, можна перезаправляти, і користувачі, які повертають їх до Rapidia для перезаправки, отримуватимуть бали за будь-який невикористаний матеріал.
Доступні різноманітні матеріали, включаючи нержавіючу сталь 316 та 17-4PH, INCONEL 625, кераміку та цирконій, а також мідь, карбід вольфраму та кілька інших матеріалів, що знаходяться в розробці. Допоміжні матеріали – секретний інгредієнт багатьох металевих принтерів – призначені для друку на підкладках, які можна видалити або «випарувати» вручну, відкриваючи шлях до невідтворюваних інтер'єрів.
Rapidia працює вже чотири роки і, треба визнати, тільки починає. «Компанія не поспішає, щоб все виправити», – сказав Гелбарт.
На сьогоднішній день він та його команда розгорнули п'ять систем, зокрема одну в Центрі доступу до технологій Селкірка (STAC) у Британській Колумбії. Дослідник Джейсон Тейлор використовує машину з кінця січня та побачив багато переваг порівняно з кількома існуючими 3D-принтерами STAC.
Він зазначив, що здатність «склеювати водою» необроблені деталі перед спіканням має великий потенціал. Він також добре обізнаний з питаннями, пов’язаними зі знежиренням, зокрема з використанням та утилізацією хімікатів. Хоча угоди про нерозголошення не дозволяють Тейлору ділитися деталями значної частини своєї роботи там, його перший тестовий проект – це те, про що багато хто з нас може подумати: надрукована на 3D-принтері паличка.
«Вийшло ідеально», – сказав він з посмішкою. «Ми закінчили обробку поверхні, просвердлили отвори для вала, і я зараз нею користуюся. Ми вражені якістю роботи, виконаної з новою системою. Як і з усіма спеченими деталями, є деяка усадка і навіть невелике перекіс, але машина адекватна. Постійно ми можемо компенсувати ці проблеми в конструкції».
Звіт про адитивне виробництво зосереджений на використанні технологій адитивного виробництва в реальному виробництві. Сьогодні виробники використовують 3D-друк для створення інструментів та пристосувань, а деякі навіть використовують адитивне виробництво для великосерійного виробництва. Їхні історії будуть представлені тут.