Новая технология упрощает трехмерную печать металлических изделий - «Наука и технологии»

Перспективы использования технологий трехмерной печати значительно расширились после разработки метода плавления металлического порошка при помощи луча лазерного света или высокоэнергетических электронов. А недавно группа из Северо-Западного университета (Northwestern University) продемонстрировала очередную новую технологию трехмерной печати, использующую жидкие чернила и самые обычные нагревательные печи вместо более дорогих и сложных лазеров и электронных пушек. Помимо относительной дешевизны, новый технологический процесс трехмерной печати позволяет получать более однородные металлические изделия, он работает с большим разнообразием металлов, сплавов и других составов.

"Наш метод позволяет значительно расширить номенклатуру металлов и составов, из которых печатаются конечные изделия. А это, в свою очередь, позволит использовать новую технологию в более обширном количестве областей науки и техники" - рассказывает Рэмилл Шах (Ramille Shah), ученый, возглавлявший данные исследования.

Группа Шаха разработала состав жидких чернил, в которых содержится металлический порошок, растворитель и связывающий состав, эластомер. Такие чернила могут быть использованы для печати путем выдавливания через носик печатающей головки трехмерного принтера так же, как через нее выдавливается расплавленная пластмасса. После этого полученное изделие проходит через этап термообработки в обычной печи, и под влиянием температуры частички металлического порошка спекаются, но без перехода через точку плавления.

"Необходимость предварительной печати и последующего спекания усложняют весь процесс, на первый взгляд" - рассказывает Дэвид Дунэнд (David Dunand), участник исследовательской группы, - "Но фактически, все эти этапы максимально просты, и каждый из них выполнить легче, чем обеспечивать выполнение любого из существующих методов трехмерной печати металлом в целом".

После того, как объект печатается при помощи трехмерного принтера и специальных чернил, он является заготовкой, которую надо подвергнуть термообработке для спекания. Эту заготовку исследователи назвали термином "зеленое тело", материал, из которого оно изготовлено, остается еще в какой-то степени гибким и пластичным, что открывает более широкие перспективы. "Полученную заготовку, состоящую из тысяч слоев, можно до обработки гнуть и деформировать без нарушения ее структуры" - объясняет Шах, - "Это позволяет нам создавать такое разнообразие форм, которые тяжело или невозможно получить при обычной металлической печати".
Точно такой же процесс может использовать чернила, в которых вместо частичек чистого металла используются частички оксида этого металла, которые более дешевы, более безопасны и более стабильны, нежели частички из чистого металла. После получения "зеленого тела" из оксида, заготовку можно превратить в металлическое изделие путем термообработки в среде водорода, который, как известно, обладает сильными восстанавливающими способностями.

"Может показаться, что мы напрасно усложняем весь процесс, водя третий этап технологической обработки в ходе которого мы превращаем оксид металла в чистый металл" - рассказывает Дэвид Дунэнд, - "Но этот этап позволяет нам использовать крайне дешевые порошки оксидов металлов, а не сами эти металлы. Ведь трудно найти что-либо более дешевое, чем обычная ржавчина".

Исследователи считают, что разработанный ими метод трехмерной печати можно будет использовать для изготовления сложных материалов, метаматериалов, обладающих рядом уникальных физических, оптических и химических характеристик. Кроме этого, при помощи новой технологии можно будет выпускать в больших количествах элементы аккумуляторных батарей, топливных элементов, медицинских имплантатов, деталей механизмов и опытные образцы каких-либо других изделий.