Да ли сте приметили како 3Д штампање постаје све популарније? Од само прављења малих пластичних играчака и концептних модела пре неколико година, сада је способно за штампање кућа, зуба, па чак и људских органа! Његов развој је попут ракете.
Али упркос својој популарности, ако 3Д штампање заиста жели да преузме водећу улогу у индустријској производњи, не може се ослањати искључиво на „меке каки“ попут пластике и смола. У реду је за израду демонстрационих примерака, али када је у питању израда делова отпорних на високе температуре који могу да издрже екстремне услове окружења или прецизних уређаја високе чврстоће и отпорности на хабање, многи материјали одмах постају непогодни.
Ту долази до изражаја наш протагониста данашњег чланка—прах алуминије, познатији као „корунд“. Овај материјал није лако изводљив, поседује инхерентно издржљиве особине: високу тврдоћу, отпорност на корозију, отпорност на високе температуре и одличну изолацију. У традиционалним индустријама, већ је ветеран у ватросталним материјалима, абразивима, керамици и другим областима.
Дакле, питање је какве ће се варнице појавити када се традиционални, „чврсти“ материјал сусретне са најсавременијом технологијом „дигиталне интелигентне производње“? Одговор је: тиха револуција материјала је у току.
Ⅰ. Зашто алуминијум оксид? Зашто разбија калуп?
Прво ћемо размотрити зашто 3Д штампање раније није фаворизовало керамичке материјале. Размислите о томе: пластични или метални прахови се релативно лако контролишу када се синтерују или екструдирају помоћу ласера. Али керамички прахови су крхки и тешко се топе. Синтеровање, а затим обликовање ласерима има веома узак процесни прозор, што их чини склоним пуцању и деформацији, што резултира изузетно ниским приносима.
Па како алуминијум решава овај проблем? Не ослања се на грубу силу, већ на „домишљатост“.
Кључни пробој лежи у координисаној еволуцији технологије 3Д штампања и формулација материјала. Тренутне главне технологије, као што су млазеви везива и стереолитографија, користе „приступ криве“.
Наношење везива млазом: Ово је прилично паметан потез. За разлику од традиционалних метода директног топљења праха алуминијум оксида ласером, ова метода прво наноси танак слој праха алуминијум оксида. Затим, попут прецизног инкјет штампача, глава за штампање прска посебан „лепак“ на жељено подручје, везујући прах заједно. Ово наношење праха и лепка слој по слој на крају даје прелиминарно, обликовано „зелено тело“. Ово зелено тело још није чврсто, па, попут керамике, пролази кроз коначно „ватрено крштење“ у пећи на високој температури – синтеровање. Тек након синтеровања честице се заиста чврсто везују, постижући механичка својства која се приближавају онима традиционалне керамике.
Ово вешто заобилази изазове директног топљења керамике. То је као да прво обликујете део 3Д штампањем, а затим му удахнете душу и снагу користећи традиционалне технике.
II. Где се овај „пробој“ заиста манифестује? Прича без дела је само празна прича.
Ако то називате пробојем, мора постојати нека права вештина, зар не? Заиста, напредак праха алуминијум оксида у 3Д штампању није само „од нуле“, већ заиста „од доброг до одличног“, решавајући многе раније нерешиве болне тачке.
Прво, елиминише појам „сложености“ као синонима за „скупоћу“. Традиционално, обрада алуминијумске керамике, као што су млазнице или измењивачи топлоте са сложеним унутрашњим каналима протока, ослања се на обликовање калупа или машинску обраду, што је скупо, дуготрајно и чини неке структуре немогућим за стварање. Али сада, 3Д штампање омогућава директно, „без калупа“ стварање било које сложене структуре коју можете дизајнирати. Замислите алуминијумску керамичку компоненту са унутрашњом биомиметичком структуром саћа, невероватно лагану, а опет изузетно јаку. У ваздухопловној индустрији, ово је право „магично оружје“ за смањење тежине и побољшање перформанси.
Друго, постиже „савршену интеграцију функције и облика“. Неки делови захтевају и сложене геометрије и специјализоване функције као што су отпорност на високе температуре, отпорност на хабање и изолација. На пример, керамичке спојне руке које се користе у полупроводничкој индустрији морају бити лагане, способне за кретање великом брзином и апсолутно антистатичке и отпорне на хабање. Оно што је раније захтевало склапање више делова сада се може директно 3Д штампати из алуминијума као једна, интегрисана компонента, значајно побољшавајући поузданост и перформансе.
Треће, то уводи златно доба персонализованог прилагођавања. Ово је посебно упечатљиво у области медицине. Људске кости се веома разликују, а претходни вештачки коштани имплантати имали су фиксне величине, што је приморавало лекаре да се сналазе са њима током операције. Сада, користећи податке ЦТ скенирања пацијента, могуће је директно 3Д штампати порозни имплантат од алуминијумске керамике који савршено одговара морфологији пацијента. Ова порозна структура није само лагана, већ и омогућава коштаним ћелијама да расту у њу, постижући праву „остеоинтеграцију“ и чинећи имплант делом тела. Ова врста прилагођеног медицинског решења раније је била незамислива.
3. Будућност је стигла, али изазова је много.
Наравно, не можемо само причати. Примена алуминијумског праха у 3Д штампању је и даље попут растућег „чуда од детета“, са огромним потенцијалом, али и неким адолесцентним изазовима.
Цена остаје висока: Сферични прах алуминијума високе чистоће погодан за 3Д штампање је сам по себи скуп. Додајте томе вишемилионску специјализовану опрему за штампање и потрошњу енергије за накнадни процес синтеровања, и цена штампања дела од алуминијума остаје висока.
Високе баријере у процесу: Од припреме муља и подешавања параметара штампања до накнадног уклањања везива и контроле криве синтеровања, сваки корак захтева дубоко стручно знање и техничко знање. Проблеми попут пуцања, деформације и неравномерног скупљања могу се лако појавити.
Доследност перформанси: Обезбеђивање доследних кључних индикатора перформанси као што су чврстоћа и густина у свакој серији штампаних делова је кључна препрека за примене великих размера.