Забелязали ли сте как 3D печатът става все по-популярен? От производството на малки пластмасови играчки и концептуални модели преди няколко години, сега е способен да печата къщи, зъби и дори човешки органи! Развитието му е като ракета.
Но въпреки популярността си, ако 3D печатът наистина иска да поеме водеща роля в индустриалното производство, той не може да разчита единствено на „меки райски ябълки“ като пластмаси и смоли. Подходящ е за изработка на демонстрационни модели, но когато става въпрос за изработка на високотемпературни части, които могат да издържат на екстремни условия, или високоякостни, износоустойчиви прецизни устройства, много материали веднага стават неподходящи.
Тук се намесва нашият герой от днешната статия—алуминиев прах, известен като „корунд“. Този материал не е лесен за употреба, притежавайки присъщи здрави качества: висока твърдост, устойчивост на корозия, устойчивост на високи температури и отлична изолация. В традиционните индустрии той вече е ветеран в огнеупорните материали, абразивите, керамиката и други области.
И така, въпросът е какви искри ще се появят, когато традиционен, „здрав“ материал срещне авангардна технология за „цифрово интелигентно производство“? Отговорът е: в ход е тиха революция на материалите.
Ⅰ. Защо алуминиев оксид? Защо разрушава матрицата?
Нека първо обсъдим защо 3D печатът досега не е бил в полза на керамичните материали. Помислете: пластмасовите или металните прахове са сравнително лесни за контролиране, когато се синтероват или екструдират с помощта на лазери. Но керамичните прахове са крехки и трудни за топене. Синтероването и последващото им формоване с лазери има много тесен технологичен прозорец, което ги прави склонни към напукване и деформация, което води до изключително ниски добиви.
И така, как алуминиевият оксид решава този проблем? Не разчита на груба сила, а по-скоро на „изобретателност“.
Основният пробив се крие в координираната еволюция на технологията за 3D печат и формулите на материалите. Настоящите масови технологии, като например струйно нанасяне на свързващи вещества и стереолитография, използват „крива подход“.
Струйно нанасяне на свързващо вещество: Това е доста хитър ход. За разлика от традиционните методи за директно топене на прах от алуминиев оксид с лазер, този метод първо нанася тънък слой прах от алуминиев оксид. След това, подобно на прецизен мастилено-струен принтер, печатащата глава напръсква специално „лепило“ върху желаната област, свързвайки праха заедно. Това нанасяне на прах и лепило слой по слой в крайна сметка води до предварително, оформено „зелено тяло“. Това зелено тяло все още не е твърдо, така че, подобно на керамиката, то претърпява последно „огнено кръщение“ във високотемпературна пещ – синтероване. Едва след синтероване частиците наистина се свързват здраво помежду си, постигайки механични свойства, приближаващи се до тези на традиционната керамика.
Това умело заобикаля предизвикателствата на директното топене на керамика. Все едно първо да оформите детайла с 3D печат, а след това да му вдъхнете душа и здравина, използвайки традиционни техники.
II. Къде наистина се проявява този „пробив“? Приказки без действия са просто празни приказки.
Ако го наречем пробив, трябва да има някакво истинско умение, нали? Всъщност, напредъкът на алуминиевия оксид на прах в 3D печата не е просто „от нулата“, а наистина „от добро до отлично“, разрешавайки много преди това нерешими проблемни точки.
Първо, това елиминира понятието „сложност“ като синоним на „скъпоструване“. Традиционно, обработката на алуминиева керамика, като дюзи или топлообменници със сложни вътрешни канали за поток, разчита на формоване с матрици или машинна обработка, което е скъпо, отнема време и прави създаването на някои структури невъзможно. Но сега 3D печатът позволява директно, „безформено“ създаване на всяка сложна структура, която можете да проектирате. Представете си алуминиев керамичен компонент с вътрешна биомиметична структура тип „пчелна пита“, невероятно лек, но изключително здрав. В аерокосмическата индустрия това е истинско „магическо оръжие“ за намаляване на теглото и подобряване на производителността.
Второ, постига се „перфектна интеграция на функция и форма“. Някои части изискват както сложни геометрии, така и специализирани функции, като устойчивост на високи температури, износоустойчивост и изолация. Например, керамичните свързващи рамена, използвани в полупроводниковата индустрия, трябва да бъдат леки, способни на високоскоростно движение и абсолютно антистатични и износоустойчиви. Това, което преди изискваше сглобяването на множество части, сега може да бъде директно отпечатано чрез 3D печат от алуминиев оксид като един единствен, интегриран компонент, което значително подобрява надеждността и производителността.
Трето, това въвежда златната ера на персонализираното персонализиране. Това е особено поразително в медицинската област. Човешките кости се различават значително и предишните изкуствени костни импланти са имали фиксирани размери, което е принуждавало лекарите да се справят с тях по време на операцията. Сега, използвайки данни от компютърна томография на пациент, е възможно директно 3D отпечатване на порест алуминиев керамичен имплант, който перфектно съответства на морфологията на пациента. Тази пореста структура е не само лека, но и позволява на костните клетки да растат в нея, постигайки истинска „остеоинтеграция“ и превръщайки импланта в част от тялото. Този вид персонализирано медицинско решение преди беше немислимо.
Ⅲ. Бъдещето е дошло, но предизвикателствата изобилстват.
Разбира се, не можем просто да говорим. Приложението на алуминиев прах в 3D печата все още е като нарастващо „чудо“, с огромен потенциал, но и с някои юношески предизвикателства.
Цената остава висока: Високочистият сферичен алуминиев прах, подходящ за 3D печат, е по своята същност скъп. Добавете към това специализираното печатащо оборудване за милиони долари и консумацията на енергия от последващия процес на синтероване, и цената на печат на алуминиева част остава висока.
Високи технологични бариери: От подготовката на суспензията и задаването на параметрите за печат до последващото отстраняване на свързващото вещество и контрола на кривата на синтероване, всяка стъпка изисква задълбочени познания и технически умения. Лесно могат да възникнат проблеми като напукване, деформация и неравномерно свиване.
Постоянство в производителността: Осигуряването на постоянни ключови показатели за производителност, като например здравина и плътност, за всяка партида отпечатани части е ключово препятствие за мащабни приложения.