Одной из футуристических технологий, которую я нахожу наиболее перспективной, является 3D-печать (аддитивное производство). 3D-печать уже произвела революцию в производстве, но я думаю, что широкая общественность недостаточно осведомлена об этой технологии, потому что она еще не достигла того уровня, когда ее можно использовать в качестве обычного домашнего устройства. Возможно, это выглядит как дорогая игрушка. Но на самом деле это ключевая и быстро развивающаяся технология создания прототипов и производства. Важно отметить, что у этой технологии огромный потенциал для развития, и мы еще далеки от того, чтобы полностью реализовать 3D-печать.
Базовая технология связала виртуальный мир с физическим аналоговым миром. Вы начинаете с создания цифрового дизайна объекта, который может быть создан с помощью программного обеспечения или путем сканирования существующего физического объекта. Затем 3D-принтер печатает объект на основе цифрового дизайна, при этом печатающая головка накладывает материал слой за слоем, создавая трехмерный объект. Иногда требуется добавить опоры, чтобы результирующий объект мог стоять вертикально во время печати. Одним из ограничений 3D–принтеров являются их размеры — вы можете создавать объекты только такого размера, который соответствует площади печати. Однако некоторые новые принтеры оснащены конвейерной лентой в качестве платформы, которая позволяет использовать практически неограниченные размеры.
Одной из сложностей технологии 3D-печати является печать с использованием металлов. Работа с пластмассами и смолами оказалась выгодной, поскольку печатающая головка может экструдировать их и быстро охлаждать при комнатной температуре до состояния твердого объекта, сохраняя свою структуру. Детали из твердого пластика подходят для многих применений, но не для всех. Чем шире диапазон материалов, которые могут использовать 3D-принтеры, тем лучше, а 3D-печать на металле всегда была священным граалем.
Существует несколько методов 3D-печати на металле. В основном они используют металлический порошок, который затем спекают (расплавляют так, чтобы зерна слиплись) с помощью лазерных или электронных лучей, чтобы расплавить порошок. Эти машины стоят дорого, в большинстве случаев более 1 миллиона долларов, и их сложно использовать, часто требуется послепечатная обработка. Различные методы отличаются друг от друга по размерам и точности. Селективное лазерное плавление (SLM), пожалуй, является наиболее совершенной версией 3D-печати по металлу, позволяющей создавать точные и сложные объекты, которые невозможно обработать.
Одним из перспективных методов является экструзия из связанного порошка. Здесь металлический порошок связывается со смолой, чтобы его можно было напечатать в 3D-формате, как на традиционном принтере из пластика или смолы. Затем полученный объект промывают, чтобы удалить большую часть смолы. Затем его спекают в печи, удаляя остатки смолы и превращая металлический порошок в твердый металлический предмет. Для этого процесса требуется три машины (принтер, стиральная машина, агломераторная машина) стоимостью около 250 000 долларов.
В новом отчете подробно описывается потенциальный новый метод 3D-печати металлами с использованием металлического геля в маятниковой суспензии. Они сообщают:
“В этой статье описываются пригодные для печати металлические гели (маятниковые суспензии), состоящие из водной суспензии частиц меди, соединенных перемычками из жидкого эвтектического сплава галлий-индий (eGain). В основе маятниковых суспензий лежит действие капиллярных сил, которые образуют сети между твердыми частицами с реологическими свойствами, зависящими от состава…”
Твердые металлические частицы, по существу, слабо связаны друг с другом жидкостью, создающей капиллярные силы. “Реология” — это наука о том, как материал течет, и суть этой технологии заключается в том, чтобы заставить металл течь подобно жидкости. Преимущество этого метода в том, что в итоге получается гель, который на 97% состоит из металла. После придания отпечатку нужной формы вы можете дать ему медленно высохнуть, не прибегая к нагреванию или спеканию. Однако, если вы нагреете напечатанный объект, он будет деформироваться предсказуемым образом по мере высыхания. Это позволяет выполнять “4D-печать”, что позволяет сэкономить время. Таким образом, можно создавать новые формы.
В результате получается металлический 3D-объект. Однако авторы исследования подчеркивают, что преимуществом этого метода является создание объектов, способных проводить электричество. Поэтому его можно использовать для печати электронных деталей. Я не стал углубляться в детали, чтобы оценить, насколько прочными они будут, так что, возможно, они не такие прочные, как спеченные заготовки, и поэтому их можно использовать не во всех случаях. Но возможность 3D-печати за один этап без спекания металлических деталей, обладающих электропроводностью, открывает новые производственные возможности.
Это достижение является хорошим примером того, что мы все еще находимся на подъеме, когда дело доходит до 3D-печати. Базовая технология работает – перевод цифровых дизайнов в физические объекты с помощью аддитивного производства. Но по-прежнему существует множество возможностей для изучения различных и, возможно, более эффективных способов использования этой базовой концепции, расширения спектра используемых материалов, получаемых в результате физических свойств и, следовательно, потенциальных областей применения. 3D-печать вызывает тихую революцию в нашем производстве, но она еще не достигла переломного момента. Как и большинство технологий, она развивается по типичной S–образной кривой — сначала медленный прогресс, затем бурное внедрение, за которым следует выравнивание. Кажется, что мы находимся в начале этого подъема, и мы, безусловно, далеки от выравнивания.
