Благодаря отсутствию мощных источников энергии, таких как лазеры или электронные лучи, процесс также удалось сделать значительно дешевле и быстрее. Кроме того, разработчикам удалось использовать гораздо более широкий ассортимент металлов, сплавов и оксидов, включая, пожалуй, самый дешевый из них — ржавчину.
Доступные на сегодняшний день технологии 3D-печати из металлов связаны со сплавлением порошка за счет мощных источников энергии, что делает их дорогостоящими и медленными, а также не позволяет изготавливать некоторые конструкции, например, полые внутри. В свою очередь, инновационный метод, предложенный учеными из Северо-Западного университета, может не только оказаться дешевле и быстрее, но и позволить печатать из недоступных ранее материалов структурно более сложные элементы.
Вместо размещения порошкообразного материала на рабочей поверхности с последующим его сплавлением инженеры создали жидкие чернила, сделанные из металла или смешанных порошков из металлов, растворителей и скрепляющего вещества-эластомера. Эти чернила могут быстро подаваться при комнатной температуре через экструдер, как в обычном 3D-принтере. На поверхности чернила немедленно застывают, и каждый следующий слой соединяется с предыдущим, что позволяет быстро создавать крупные предметы, с которыми сразу же можно работать, поскольку они не подвергались нагреванию.
Вторая стадия процесса – сплавление порошкообразных материалов за счет нагревания уже созданной трехмерной конструкции в обычной печи. Процесс называется спеканием, поскольку частицы материала сливаются друг с другом, не подвергаясь расплавлению. «Может показаться, что, разделив процессы 3D-печати и спекания, мы только усложнили метод, – говорит Дэвид Дананд, профессор материаловедения и инженерных наук. – Однако, на самом деле, мы получили большую свободу, поскольку каждую из двух стадий гораздо проще осуществить по отдельности».
Новая технология, в первую очередь – более быстрый и доступный метод 3D-печати металлами. Тем не менее, у нее есть и другое чрезвычайно важное преимущество – она позволяет изготавливать структурно гораздо более сложные элементы. Этого удалось добиться за счет использования биомедицинских полимеров, которые позволяют сгибать и изменять форму напечатанного на 3D-принтере объекта перед нагреванием. Кроме того, предметы могут состоять из сотен слоев и не деформироваться.
В ходе 3D-печати из металлов традиционными методами лазер нагревает материал слой за слоем, что создает перепад жара и холода на небольших участках – в результате, возникает риск микроструктурных деформаций готового объекта. С другой стороны, нагревание всей детали целиком обеспечивает единую температуру, и конструкция сплавляется и застывает без деформации и трещин.
Инновационный метод также позволяет использовать одновременно несколько экструдеров в отличие от одного лазера на всю рабочую поверхность. Поэтому с его помощью можно быстро напечатать крупные листы и сформировать из них желаемые объекты, при этом единственным ограничением будет размер печи.
В дополнение ко всем уже перечисленным преимуществам новой технологии ученые из Северо-Западного университета обнаружили, что он делает возможной 3D-печать из оксидов металлов, например, ржавчины. Хотя ржавчина часто воспринимается как недостаток, в действительности, порошок из нее легче, стабильнее, дешевле и безопаснее в обращении, чем порошок из чистого железа.
С помощью новой технологии исследователи распечатали конструкции из ржавчины и других оксидов металлов, а перед спеканием обработали их водородом, чтобы превратить в исходный металл. «Может показаться, что мы чрезмерно усложняем процесс, добавляя дополнительную стадию преобразования ржавчины в металл, – комментирует Дананд. – Однако это позволяет использовать дешевые порошки из оксидов металлов вместо более дорогих чистых материалов. Сложно найти что-то дешевле ржавчины».
Инновационный метод можно применить для 3D-печати аккумуляторов, топливных элементов, медицинских имплантатов, деталей для аэрокосмической отрасли и многого другого. Весьма вероятно, что новая разработка станет важным шагом на пути к массовому внедрению 3D-печати металлами.
Разработка нового метода 3D-печати металлами проводится в лаборатории доктора Шах (TEAM, Tissue Engineering And Manufacturing) в Северо-Западном университете, откуда к нам регулярно поступают новости о новых изобретениях и исследованиях. Вот лишь некоторые из них:
Исследователи в Северо-Западном университете разрабатывают материалы для 3D-печати топливных элементов
Материалы из графена и биоэластомеров могут стать основой для 3D-печати нейронов
В лаборатории доктора Шах работают над 3D-печатью металлами на 3D Bioplotter от EnvisionTEC
поделиться статьей с друзьями
добавить сообщение