Вы заўважылі, наколькі папулярным становіцца 3D-друк? Яшчэ некалькі гадоў таму з яго дапамогай выраблялі невялікія пластыкавыя цацкі і канцэптуальныя мадэлі, а цяпер з яго дапамогай можна друкаваць дамы, зубы і нават чалавечыя органы! Яго развіццё імкліва развіваецца як ракета.
Але, нягледзячы на сваю папулярнасць, калі 3D-друк сапраўды хоча заняць лідзіруючыя пазіцыі ў прамысловай вытворчасці, ён не можа спадзявацца выключна на «мяккія матэрыялы», такія як пластык і смалы. Ён добра падыходзіць для вырабу дэманстрацыйных вырабаў, але калі гаворка ідзе пра выраб дэталяў, якія вытрымліваюць высокія тэмпературы і могуць вытрымліваць экстрэмальныя ўмовы, або высокатрывалых, зносаўстойлівых дакладных прылад, многія матэрыялы адразу становяцца непрыдатнымі.
Вось тут і з'яўляецца наш галоўны герой сённяшняга артыкула —парашок аксіду алюмінію, шырока вядомы як «корунд». Гэты матэрыял не з'яўляецца мяккім, валодаючы прыроджанымі трывалымі ўласцівасцямі: высокай цвёрдасцю, каразійнай устойлівасцю, устойлівасцю да высокіх тэмператур і выдатнай ізаляцыяй. У традыцыйных галінах прамысловасці ён ужо з'яўляецца ветэранам у вытворчасці вогнетрывалых матэрыялаў, абразіваў, керамікі і іншых галінах.
Такім чынам, пытанне ў тым, якія іскры ўзнікнуць, калі традыцыйны «трывалы» матэрыял сустрэнецца з перадавой тэхналогіяй «лічбавай інтэлектуальнай вытворчасці»? Адказ такі: ціхая рэвалюцыя матэрыялаў ужо ў самым разгары.
Ⅰ. Чаму аксід алюмінію? Чаму ён разбурае форму?
Давайце спачатку абмяркуем, чаму 3D-друк раней не спрыяла керамічным матэрыялам. Падумайце: пластыкавыя або металічныя парашкі адносна лёгка кантраляваць пры спяканні або экструзіі з дапамогай лазераў. Але керамічныя парашкі далікатныя і іх цяжка плавіць. Лазернае спяканне і наступнае фармаванне маюць вельмі вузкае акно працэсу, што робіць іх схільнымі да расколін і дэфармацыі, што прыводзіць да надзвычай нізкага выхаду.
Дык як жа аксід алюмінію вырашае гэтую праблему? Ён не абапіраецца на грубую сілу, а хутчэй на «кемлівасць».
Асноўны прарыў заключаецца ў скаардынаванай эвалюцыі тэхналогіі 3D-друку і рэцэптур матэрыялаў. Сучасныя асноўныя тэхналогіі, такія як струменевае нанясенне злучных рэчываў і стэрэалітаграфія, выкарыстоўваюць «крывы падыход».
Струменевае нанясенне злучнага рэчыва: гэта даволі хітры ход. У адрозненне ад традыцыйных метадаў непасрэднага плаўлення парашка аксіду алюмінію з дапамогай лазера, гэты метад спачатку наносіць тонкі пласт парашка аксіду алюмінію. Затым, як і ў дакладным струменевым прынтары, друкавальная галоўка распыляе спецыяльны «клей» на патрэбную вобласць, звязваючы парашок разам. Гэта папластовае нанясенне парашка і клею ў канчатковым выніку дае папярэднюю форму «зялёнага цела». Гэта зялёнае цела яшчэ не цвёрдае, таму, як і кераміка, яно праходзіць канчатковае «хрышчэнне агнём» у высокатэмпературнай печы — спяканне. Толькі пасля спякання часціцы сапраўды трывала злучаюцца разам, дасягаючы механічных уласцівасцей, якія набліжаюцца да ўласцівасцей традыцыйнай керамікі.
Гэта хітра абыходзіць праблемы непасрэднага плаўлення керамікі. Гэта як спачатку надаць дэталі форму з дапамогай 3D-друку, а потым надаць ёй душу і трываласць з дапамогай традыцыйных метадаў.
II. Дзе сапраўды праяўляецца гэты «прарыў»? Размовы без дзеянняў — гэта проста пустыя размовы.
Калі называць гэта прарывам, патрэбныя сапраўдныя навыкі, ці не так? Сапраўды, развіццё парашка аксіду алюмінію ў 3D-друку — гэта не проста «з нуля», а сапраўды «ад добрага да выдатнага», вырашаючы многія раней невырашальныя праблемы.
Па-першае, гэта выключае паняцце «складанасці» як сінонім «дарагасці». Традыцыйна апрацоўка алюмініевай керамікі, такой як сопла або цеплаабменнікі са складанымі ўнутранымі каналамі патоку, абапіралася на фармаванне формаў або механічную апрацоўку, што з'яўляецца дарагім, працаёмкім і робіць немагчымым стварэнне некаторых канструкцый. Але цяпер 3D-друк дазваляе ствараць любую складаную канструкцыю непасрэдна «без формы». Уявіце сабе кампанент з алюмініевай керамікі з унутранай біяміметычнай сотавай структурай, неверагодна лёгкі, але надзвычай трывалы. У аэракасмічнай прамысловасці гэта сапраўдная «чароўная зброя» для зніжэння вагі і паляпшэння прадукцыйнасці.
Па-другое, ён дасягае «ідэальнага спалучэння функцыянальнасці і формы». Некаторыя дэталі патрабуюць як складанай геаметрыі, так і спецыялізаваных функцый, такіх як устойлівасць да высокіх тэмператур, зносаўстойлівасць і ізаляцыя. Напрыклад, керамічныя злучальныя рычагі, якія выкарыстоўваюцца ў паўправадніковай прамысловасці, павінны быць лёгкімі, здольнымі да руху з высокай хуткасцю, а таксама абсалютна антыстатычнымі і зносаўстойлівымі. Тое, што раней патрабавала зборкі некалькіх дэталяў, цяпер можна непасрэдна надрукаваць з аксіду алюмінію з дапамогай 3D-друку як адзіны інтэграваны кампанент, што значна павышае надзейнасць і прадукцыйнасць.
Па-трэцяе, гэта адкрывае залаты век персаналізаванай кастомізацыі. Гэта асабліва ўражвае ў медыцынскай галіне. Чалавечыя косці вельмі адрозніваюцца, і папярэднія штучныя касцяныя імплантаты мелі фіксаваныя памеры, што прымушала лекараў абыходзіцца імі падчас аперацый. Цяпер, выкарыстоўваючы дадзеныя камп'ютэрнай тамаграфіі пацыента, можна непасрэдна надрукаваць на 3D-прынтары порысты алюмініевы керамічны імплантат, які ідэальна адпавядае марфалогіі пацыента. Гэтая порыстая структура не толькі лёгкая, але і дазваляе касцяным клеткам расці ў яе, дасягаючы сапраўднай «асеаінтэграцыі» і робячы імплантат часткай цела. Такога роду індывідуальнае медыцынскае рашэнне раней было неўяўляльным.
Ⅲ. Будучыня настала, але выклікаў шмат.
Вядома, нельга проста казаць. Ужыванне парашка аксіду алюмінію ў 3D-друку ўсё яшчэ падобна на расце «цуд» з велізарным патэнцыялам, але і некаторымі падлеткавымі праблемамі.
Кошт застаецца высокім: сферычны парашок аксіду алюмінію высокай чысціні, прыдатны для 3D-друку, сам па сабе дарагі. Дадайце да гэтага спецыялізаванае друкавальнае абсталяванне коштам мільёны долараў і спажыванне энергіі на наступны працэс спякання, і кошт друку дэталі з аксіду алюмінію застаецца высокім.
Высокія бар'еры працэсу: ад падрыхтоўкі суспензіі і налады параметраў друку да пасляапрацоўкі звязальнай рэчывы і кантролю крывой спякання, кожны этап патрабуе глыбокіх ведаў і тэхнічных навыкаў. Такія праблемы, як расколіны, дэфармацыя і нераўнамерная ўсаджванне, могуць лёгка ўзнікнуць.
Паслядоўнасць прадукцыйнасці: забеспячэнне паслядоўных ключавых паказчыкаў прадукцыйнасці, такіх як трываласць і шчыльнасць, для кожнай партыі друкаваных дэталяў, з'яўляецца вырашальнай перашкодай для маштабных прымяненняў.