Technologie druku 3D od Desktop Metal – BMD & SPJ

0

Desktop Metal zyskał ogromną popularność za sprawą swojej desktopowej technologii druku 3D – jako jednym z pierwszych udało im się połączyć technologie druku w technologii FDM z metalem. Metoda, przez wielu nazywana rewolucyjną, jest jedynie częścią ekosystemu budowanego przez Desktop Metal – niemniej ważna (a często bagatelizowana) jest technologia dedykowana do tworzenia detali użytkowych, o właściwościach mechanicznych podobnych do elementów wykonywanych konwencjonalnymi metodami.

Warto wiedzieć, że drukarki 3D od Desktop Metal są integralnym systemem – mniejsza, pracująca w technologii Bound Metal Deposition (BMD) desktopowa drukarka 3D stworzona została została jako narzędzie do tworzenia prototypów z materiałów, z których mają być wykonane części docelowe. Niesłabnące zainteresowanie wokół właśnie tego urządzenia wynika z faktu, że twórcom udało się przenieść skomplikowany proces proszkowego druku 3D z metali do urządzenia, które zdolne jest do pracy w środowisku biurowym!

Premiera takiego urządzenia nie mogła przejść bez echa. Desktop Metal Studio przykuło uwagę wszystkich – w tym inwestorów z największych firm i koncernów świata którzy nie zawahali się wyłożyć potężnych sum na dalszy rozwój technologii. Jednak mimo to, nie należy zapominać o urządzeniu procującym w technologii Single Pass Jetting (SPJ), będącym niemniej innowacyjnym rozwiązaniem…

 Bound Metal Deposition (BMD)

Proces tworzenia detalu polega na nanoszeniu, warstwa po warstwie materiału, w formie przypominającej metalowe pręciki. W jego skład wchodzi sproszkowany materiał metaliczny, który utrzymuje swój kształt przez dodatek wosku oraz polimerowych środków wiążących (odgrywających kluczową rolę w procesie druku 3D).

Po zakończony procesie druku 3D detal musi następnie przejść proces post-processingu, polegający na zanurzeniu elementu w specjalnej substancji, pozwalającej na wypłukanie środka wiążącego. Następnie detal poddawany jest spiekaniu w temperaturze bliskiej topnienia metalu, tak aby cząstki metalu miały szansę się związać, a resztki lepiszcza zostały usunięte. Proces pozwala na otrzymanie części o gęstości materiałowej  96-99,8%.

Źródło: desktopmetal.com

Jeśli chodzi o materiały eksploatacyjne wszystko zostało zaprojektowane tak, aby było jak najbardziej user friendly – sześć materiałów metalicznych (m.in. stal AISI 4140, stal 316 L, miedź czy Inconel) zamknięte zostało w kartridżach tak, aby jak najbardziej ułatwić skomplikowane dotąd procesy przygotowania urządzeń do druku 3D z metalu.

Desktop Metal na formnext 2017

W technologii zastosowano również opatentowany system łatwego usuwania supportów. W przypadku innych metod wytwarzania addytywnego z metali usunięcie podpór wymaga zastosowania dodatkowych narzędzi (takich jak szlifierki). Patent Desktop Metal przewiduje nakładanie warstwy ceramicznego materiału pomiędzy podporami a detalem, przez co ich usunięcie jest o wiele prostsze i można usunąć je ręcznie, zupełnie jak w przypadku wydruków 3D z termoplastów.

Część wykonana w technologii BMD

Single Pass Jetting (SPJ)

Całkowicie inaczej sprawa technologii wygląda w przypadku systemu produkcyjnego – Desktop Metal Production (DMP). Skupiając się również na skróceniu czasu produkcji i obniżeniu kosztów firma wykorzystuje technologie nieco podobną do klasycznego druku 3D z proszków metalicznych, optymalizując jednak niektóre z czynników wpływające na wydajność całego procesu.

Jak zapowiadają producenci, ich system produkcyjny ma być nawet stukrotnie (!) szybszy niż rozwiązania obecnie dostępne na rynku, przy blisko dwadzieścia razy niższych kosztach w stosunku do tradycyjnych metod wytwórczych. Sam proces, który ma szansę stać się metodą rewolucyjną w kontekście produkcji masowej możemy podzielić na dwa etapy:

  • tworzenia pożądanej geometrii detalu poprzez nanoszenie środka spajającego, który pozwala na utrzymanie zaprojektowanego kształtu. Warstwa proszku jest nanoszona, a następnie kompaktowana (co obniża jej objętość, przy zwiększaniu gęstości) – po tym proszek wzbogacany jest środkiem spajającym. Na granicy detal-podpory nanoszony jest specjalny środek, który nie podlega spiekaniu, który jednocześnie pozostaje na określonym miejscu aż do zakończenia procesu, ale w procesie post-processingu pozwala na łatwiejsze usuwanie struktur supportowych. Po zakończeniu procesu warstwa jest suszona – a wszystko to w czasie jednego „przejazdu” głowicy…. Dodatkowo, inżynierowie aby zredukować czas całego procesu zaprojektowali system drukujący przestrzennie tak aby działał dwukierunkowo i przeprowadzał proces podczas każdego „przejazdu”.
  • post-processingu, który obejmuje etap termicznego usuwania spoiwa oraz wygrzewanie detalu  w piecu podczas którego dochodzi do wiązania cząstek metalu – pozwala to na osiągnięcie odpowiednich własności mechanicznych,

Sam proces technologiczny wydaje się skomplikowany, jednak nie są to jedyne innowacje, którymi Desktop Metal zaskoczył w swojej autorskiej technologii Single Pass Jetting… Cały system produkcyjny umożliwia detekcję, a co najważniejsze automatyczną korektę błędów, które mogą wpłynąć na powodzenie całego cyklu produkcyjnego. Porównując obraz tworzonej warstwy z jej wirtualnym projektem system w czasie rzeczywistym może do pewnego stopnia skorygować ewentualne pojawiające się błędy.

Sekret tkwi również w materiałach eksploatacyjnych – zamiast drogich, specjalistycznych tworzyw do w procesie stosowany jest standardowy proszek metaliczny stosowany m.in. w procesach formowania wtryskowego. Implikuje to nie tylko niższa cenę całego procesu (twórcy szacują, że kilogram materiału to koszt w granicach $10-40), ale równocześnie większą dostępność materiałów eksploatacyjnych.

Co więcej, strata proszku ma być o wiele mniejsza niż w standardowych systemach do druku 3D z metalu – automatyczny system „depowderingu” pozwala na odzyskanie 90% wolnego proszku (pozostałe 10% może zostać zebrane manualnie przez operatora). W przypadku technologii Desktop Metal ponownie wykorzystywane tworzywo może stanowić nawet 80% całej objętości materiału, gdzie w przypadku innych metod spiekania laserowego jest to zazwyczaj mniej niż 50%. Według zapewnień, nie wpływa to na jakość wytwarzanych wydruków.

Wróćmy jednak do obiecywanej redukcji czasu wytwarzania – w materiałach promocyjnych możemy znaleźć informacje, że komora robocza w kształcie sześcianu o boku 330 mm może zostać zadrukowana w czasie 4 godzin (!). Oczywiście należy do tego dodać cały proces post-processingu czy chłodzenia komory roboczej co wydłuża czas do ok. 16 godzin, jednak mimo to czas wydruku jest spektakularnie krótki – pamiętajcie, że cały czas mówimy o druku 3D z metalu…

Desktop Metal na formnext 2017

Cóż, na ile obietnice znajdą pokrycie w rzeczywistości dowiemy się najszybciej w pierwszym kwartale 2019 roku, kiedy to planowane jest przedstawianie pierwszych beta urządzeń. Koszt dwóch komplementarnych systemów szacowany jest na $1-1,5 mln.

Źródło: fabbaloo.com, desktopmetal.com

Udostępnij.

O autorze

Magdalena Przychodniak

Redaktor Naczelna Centrum Druku 3D. Inżynier biomedyczny śledzący najnowsze doniesienia dotyczące biodruku oraz zastosowań druku przestrzennego w nowoczesnej medycynie.