Хотя нынешняя индустрия металлической 3D-печати развивается очень быстро, есть еще много проблем, которые необходимо решить, одной из которых является удаление опорных конструкций. Это может быть достигнуто путем механической обработки или использования растворимых материалов. Методы обработки являются громоздкими и могут привести к повреждению отпечатка. Виды растворимых материалов имеют свои ограничения, как правило, подходят только для пластиковых материалов, для металлических опор этот метод не будет работать.
Обзор электрохимического удаления металлических опор
Исследователи из Университета штата Аризона (ASU) предложили электрохимический метод удаления металлических опор, и этот метод был применен для получения иностранного патента. Принцип показан на следующем рисунке:
Электрохимическое удаление металлических опор
Сущность детали фактически требуется в серой части на рисунке, чтобы обеспечить успешную печать, обычно необходимо добавить поддержку к части сущности детали, которая является черной частью на рисунке. Электрохимическое удаление опоры имеет важное значение для «метода катодной защиты жертвенного анода». Этот метод обычно используется для предотвращения коррозии металла, то есть металл с сильной восстанавливаемостью используется в качестве защитного электрода, и он соединен с защищаемым металлом для формирования первичной батареи, которая обладает сильной редуцируемостью. Металл будет потребляться реакцией окисления в качестве отрицательного электрода, а защищенный металл будет использоваться в качестве положительного электрода, чтобы избежать коррозии. Будь то два контактирующих металла в одном и том же электролите или материал в разных частях электролита (например, часть корпуса над и под водой). Материал, подвергающийся анодированию, имеет более отрицательный восстановительный потенциал, который окисляется в предпочтении материалу детали. Поддерживающий материал эквивалентен анодному материалу с сильной редуцируемостью и удаляется.
Первый электрохимический металлический опорный раствор
Исследователи на 3D-принтере напечатали материал детали из нержавеющей стали 304, а в качестве вспомогательного материала используется углеродистая сталь. Специфический принцип заключается в удалении опоры из углеродистой стали с помощью технологии электрохимического травления с использованием азотной кислоты и кислорода. Было показано, что этот метод осуществим и, что более важно, он не оказывает никакого влияния на отпечатки из нержавеющей стали. На рисунке ниже показано, как исследователи изготовили мост из нержавеющей стали, используя углеродистую сталь в качестве опоры, а затем электрохимически удалили углеродистую сталь (41 мас.% раствора азотной кислоты и кислорода). Сначала исследователи не использовали кислород, и они обнаружили, что скорость коррозии была слишком медленной в этом случае, удалив углеродистую сталь 1,4 мм за 10 часов. Позже они ввели кислород, чтобы ускорить реакцию, и потребовалось всего 6 часов, чтобы полностью удалить оставшиеся 7 мм углеродистой стали.
Удаление металлических опор электрохимическим травлением в принципе осуществимо (это доказано экспериментами), но исследований по этой технологии в стране и за рубежом очень мало, и в настоящее время нет зрелого промышленного применения, главным образом в следующих аспектах проблемы:
● Жертвенный анодный материал должен быть металлургически совместим с печатным материалом, что означает, что он должен иметь аналогичную кристаллическую структуру, теплопроводность и коэффициент теплового расширения и не должен генерировать вредные интерметаллические соединения. Это гарантирует, что контакт между жертвенным анодом и напечатанной деталью обладает достаточной механической прочностью, чтобы противостоять напряжениям, вызванным экстремальным тепловым циклом во время металлической 3D-печати.
● Необходимо использовать высококоррозионный электролит. Этот электролит должен быть способен растворять жертвенный анод с высокой селективностью (>100:1) по сравнению с печатным материалом.
● Процесс должен быть контролируемым, и трудно гарантировать точность. Скорость и время химической реакции трудно контролировать, и иногда печатный материал также удаляется в небольшом количестве или поддерживающий материал не удаляется полностью.