Nowoczesna metoda chemicznego usuwania podpór w wydrukach 3D z metalu

Proces generowania podpór dla zapewnienia prawidłowej geometrii elementu jest nieodzownym etapem cyklu wytwarzania w technologii addytywnej. O ile techniki usuwania supportów w wydrukach z termoplastów lub fotopolimerów w większości przypadków nie nastręczają problemów (m.in. poprzez zastosowanie innego, rozpuszczalnego materiału), sieć podpór w wydrukach z metalu nadal nastręcza problemów. Jak się okazuje, rozwiązaniem może okazać się właściwe środowisko chemiczne, zapewniające warunki do wystąpienia przemian elektrochemicznych i związanych z nią korozją.

Druk 3D z proszków metalicznych jest na ogół dużo bardziej wymagającym i skomplikowanym procesem niż wytwarzanie detali w technologii FDM. Brak możliwości zastosowania innego, łatwiejszego do usunięcia materiału podporowego sprawia, że usuwanie sieci supportów bez naruszenia właściwego wydruku wymaga od użytkownika wysokiej precycji, a przede wszystkim wykorzystania specjalistycznych narzędzi. Dzięki połączeniu sił naukowców z Uniwersytetów w Arizonie oraz Pensylwanii udało się opracować sposób kontrolowania procesów elektrochemicznych, przy pomocy których możliwe jest usunięcie podpór bez uszkodzenia wydrukowanego detalu.

Zanim jednak badaczom udało się znaleźć tę najlepszą metodę musieli sprawdzić wiele nie zawsze poprawnych rozwiązań. Pierwotnie najlepszym wariantem było zastosowanie anody używanej w procesach ochrony katodowej, jednej z elektorchemicznych metod zabezpieczania metali przed korozją. Testy przeprowadzono na modelu stalowego łuku o wysokości jednego cala, opierającego się na gęstej sieci supportów, wykonanego przy pomocy drukarki 3D działającej w technologii LENS. Zrealizowany cykl badań dowiódł, że rozpuszczenie niepożądanej części wydruku  przy zastosowaniu kwasu azotowego i jednoczesne pozostawiając nienaruszonego detalu jest możliwe.

Mimo to, specjaliści nadal prowadzili badania dotyczące innych, bardziej skomplikowanych technik addytywnego wytwarzania z proszków metalowych (w tym DMLS). Wstępne podejścia nie przynosiły jednak zamierzonych rezultatów – stosowany środek chemiczny okazywał się zbyt silny dla nierzadko delikatnych i skomplikowanych konstrukcji, rozpuszczając znaczna część wydruku. Sposobem zapobiegającym nadmiernemu rozpuszczaniu okazał się zastosowanie odpowiedniego środka chemicznego – heksacyjanożelazianu sodu.

Substancja ulega rozkładowi w wyniku wysokiej temperatury do węgla i azotu, których obecność wpływa znacząco na poprawienie jakości całego procesu post-processingu, jakim poddawane są metalowe wydruki. Poprzez zwiększenie procentowego udziału pierwiastków w roztworze na powierzchni elementu tworzy się warstwa o grubości ok. 200 mikrometrów, która zapobiega niszczeniu detalu pod powłoką ochronną. Jednocześnie, znacznie cieńsze podpory są z łatwością rozpuszczane. W przypadku przeprowadzanej reakcji właściwe części wydruku pełnią rolę, podczas gdy część podporowa ulega korozji elektrochemicznej.

Metoda okazała się być skuteczna do eliminowania struktur podporowych w przypadku wiodących technik druku 3D z metalu. Wydruki testowe wykonane na drukarce 3D firmy EOS dały pozytywny efekt – podpory zostały zniwelowane w przeciągu 7 godzin, co jest kolosalną oszczędnością czasu i kosztów w stosunku do standardowej procedury post-processing’owej trwającej blisko 40 godzin.

 Źródło: 3ders.org