3D-печать металлов


3D-ПЕЧАТЬ МЕТАЛЛОВ


      3D-печать знаменует начало очередного витка развития технологий производства, который коснется практически всех областей промышленности. По своему влиянию в промышленной сфере, 3D-печать готовых изделий, можно сравнить с изобретением и внедрением парового двигателя на мануфактурах XVIII — XIX века, который дал колоссальный толчок развитию технической революции. На данный момент технология ЗD-печати довольна развитая область, есть огромные достижения в работе с пластмассами, цементами, клеевыми и легкоплавкими материалами, налажен выпуск промышленных и даже бытовых 3D-принтеров, однако при работе с основополагающими материалами, данная технология находится в стадии научных разработок. Одними из таких материалов являются металлы, возможность создавать конструкционные изделия из металла, исключая операции термо-  или механообработки, сварки, ковки, проката и т.д., всего лишь с применением компьютера и принтера, будет означать начало новой технической революции, и вполне возможно это произойдет уже в XXI веке.

       Очередной шаг в области 3D-печати металлов сделан в университете Twente, команда исследователей смогла разработать новый метод печати трехмерных структур из меди и золота.

3D-ПЕЧАТЬ МЕТАЛЛОВ

Печать жидких металлов. Галлий и индий.

       Предыдущие работы, проведенные учеными NC State University были сосредоточены на сплаве галлия и индия, который находясь в жидком состоянии при комнатной температуре, вступает в реакцию с кислородом, благодаря чему формируется защитная пленка оксида галлия, позволяющая каплям сплава сохранять свою форму. Их метод печати основан на формировании капель жидкого металла с последующим укладыванием их друг на друга, капли при наложении не теряют свою форму и не сливаются, они образуют различные жидкие структуры, заданные программно. В процессе экспериментальных работ была получена структура в виде проволоки длинной ~8 мм диаметром 0,27мм, а так же простейшие конструкции, сформированные методом впрыскивания металла в полимерный макет.

3D-ПЕЧАТЬ МЕТАЛЛОВ

3D-печать медь и золото.

       Разработанная методика и проведенные практические опыты 3D-печати из меди и золота (твердые металлы), открывают новые возможности развития данной технологии, хотя полученные изделия и можно разглядеть еще только под микроскопом. Данный проект позволяет найти пути решения основных проблем трехмерной печати металлов, такие как высокая температура плавления исходного сырья, невозможность изготовить термически устойчивые сопла нужных характеристик, контроль наплавления частиц расплава по заданным геометрическим параметрам. Метод основан на плавлении тонкой металлической пленки импульсным лазером, результатом является получение микроскопических капель расплавленного металла в любой точке металлической пленки, благодаря точному позиционирование лазерного луча, что в свою очередь позволяет контролировать точное распределение наплавляемых капель металла по заданным параметрам. В ходе эксперимента удалось создать трехмерную конструкцию из тысяч расплавленных капель, высотой 2 мм и диаметром 5 мкм.  Такой метод 3D-печати, чем-то напоминает обычную офсетную печать на матричном принтере.

       Дальнейшие исследования этого метода печати направлены на применение высокомощных лазеров с целью создания более крупных структур и увеличению скорости падения капель металла. На данный момент капли расплава осаждаются под собственным весом и сохраняют в процессе падения и наплава сферическую форму, что не лучшим образом сказывается на прочностных характеристиках изделия. Увеличение же скорости падения, позволит придать капле во время удара форму диска, более плотное сплавление за счет увеличения площади и соответственно большую прочность печатаемой конструкции. Но применение более высокой энергии плавления и большой скорости наплава вновь выявили проблему с невозможностью точного позиционирования капель при таких условиях. Решение этой задачи позволит сделать еще один шаг в направлении трехмерной печати металлов.