Napansin mo ba kung paano nagiging patok ang 3D printing? Mula sa paggawa lamang ng maliliit na plastik na laruan at mga konseptong modelo ilang taon na ang nakalilipas, kaya na nitong mag-print ng mga bahay, ngipin, at maging ng mga organo ng tao! Ang pag-unlad nito ay parang isang rocket.
Ngunit sa kabila ng kasikatan nito, kung talagang nais ng 3D printing na manguna sa industriyal na pagmamanupaktura, hindi ito maaaring umasa lamang sa mga "malambot na persimmon" tulad ng plastik at resin. Mainam ito para sa paggawa ng mga demonstrasyon, ngunit pagdating sa paggawa ng mga bahaging may mataas na temperatura na kayang tiisin ang matinding kapaligiran, o mga aparatong may mataas na lakas at hindi tinatablan ng pagkasira, maraming materyales ang agad na nagiging hindi angkop.
Dito pumapasok ang ating bida sa artikulo ngayon—pulbos na alumina, karaniwang kilala bilang "corundum." Ang materyal na ito ay hindi basta-basta matibay, dahil taglay nito ang likas na matibay na mga katangian: mataas na tigas, resistensya sa kalawang, resistensya sa mataas na temperatura, at mahusay na insulasyon. Sa mga tradisyunal na industriya, isa na itong beterano sa mga materyales na refractory, abrasive, ceramics, at iba pang larangan.
Kaya ang tanong ay, anong uri ng mga kislap ang lilitaw kapag ang isang tradisyonal at "matibay" na materyal ay nagtagpo ng makabagong teknolohiya ng "digital intelligent manufacturing"? Ang sagot ay: isang tahimik na rebolusyon sa mga materyales ang nagaganap.
Ⅰ. Bakit alumina? Bakit nito sinisira ang hulmahan?
Talakayin muna natin kung bakit dati ay hindi pinapaboran ng 3D printing ang mga materyales na seramiko. Isipin mo: ang mga pulbos na plastik o metal ay medyo madaling kontrolin kapag sininter o ini-extrude gamit ang mga laser. Ngunit ang mga pulbos na seramiko ay malutong at mahirap tunawin. Ang mga laser sintering at pagkatapos ay pagbuo ng mga ito ay may napakakitid na panahon ng proseso, na ginagawang madali silang magbitak at magbago ng anyo, na nagreresulta sa napakababang ani.
Kaya paano nilulutas ng alumina ang problemang ito? Hindi ito umaasa sa brute force, kundi sa "katalinuhang kakayahan."
Ang pangunahing tagumpay ay nakasalalay sa koordinadong ebolusyon ng teknolohiya sa 3D printing at mga pormulasyon ng materyal. Ang kasalukuyang mga pangunahing teknolohiya, tulad ng binder jetting at stereolithography, ay gumagamit ng isang "curve approach."
Binder jetting: Isa itong matalinong hakbang. Hindi tulad ng mga tradisyunal na pamamaraan ng direktang pagtunaw ng aluminum oxide powder gamit ang laser, ang pamamaraang ito ay unang naglalagay ng manipis na patong ng aluminum oxide powder. Pagkatapos, tulad ng isang tumpak na inkjet printer, ang print head ay nag-iispray ng isang espesyal na "pandikit" sa nais na bahagi, na nagbibigkis sa pulbos. Ang layer-by-layer na paglalagay ng pulbos at pandikit ay nagreresulta sa isang paunang hugis na "berdeng katawan." Ang berdeng katawan na ito ay hindi pa solid, kaya, tulad ng mga seramiko, ito ay sumasailalim sa pangwakas na "binyag ng apoy" sa isang high-temperature furnace—ang sintering. Pagkatapos lamang ng sintering ay tunay na mahigpit na nagdidikit ang mga particle, na nakakamit ang mga mekanikal na katangian na halos katulad ng sa mga tradisyonal na seramiko.
Matalinong nailalampasan nito ang mga hamon ng direktang pagtunaw ng mga seramiko. Para itong paghubog muna sa bahagi gamit ang 3D printing, pagkatapos ay binibigyan ito ng kaluluwa at lakas gamit ang mga tradisyonal na pamamaraan.
II. Saan tunay na makikita ang "pagsulong" na ito? Ang usapan na walang aksyon ay usapan lamang na walang kabuluhan.
Kung matatawag mo itong isang tagumpay, tiyak na mayroong tunay na kasanayan, tama ba? Sa katunayan, ang pagsulong ng aluminum oxide powder sa 3D printing ay hindi lamang "mula sa simula," kundi tunay na "mula sa mabuti hanggang sa mahusay," na lumulutas sa maraming dati'y hindi malulutas na mga problema.
Una, inaalis nito ang konsepto ng "kumplikado" bilang kasingkahulugan ng "kamahalan." Ayon sa kaugalian, ang pagproseso ng mga alumina ceramics, tulad ng mga nozzle o heat exchanger na may masalimuot na internal flow channel, ay umaasa sa pagbuo o pagma-machining ng amag, na magastos, matagal, at ginagawang imposibleng malikha ang ilang istruktura. Ngunit ngayon, pinapayagan ng 3D printing ang direktang, "walang amag" na paglikha ng anumang masalimuot na istruktura na maaari mong idisenyo. Isipin ang isang alumina ceramic component na may panloob na biomimetic honeycomb structure, na hindi kapani-paniwalang magaan ngunit napakalakas. Sa industriya ng aerospace, ito ay isang tunay na "mahiwagang sandata" para sa pagbawas ng timbang at pagpapabuti ng pagganap.
Pangalawa, nakakamit nito ang isang "perpektong pagsasama ng tungkulin at anyo." Ang ilang bahagi ay nangangailangan ng parehong kumplikadong geometry at mga espesyal na tungkulin tulad ng resistensya sa mataas na temperatura, resistensya sa pagkasira, at insulasyon. Halimbawa, ang mga ceramic bond arm na ginagamit sa industriya ng semiconductor ay dapat na magaan, may kakayahang gumalaw nang mabilis, at ganap na anti-static at lumalaban sa pagkasira. Ang dating nangangailangan ng maraming bahagi upang mai-assemble ay maaari na ngayong direktang i-3D-print mula sa alumina bilang isang solong, pinagsamang bahagi, na makabuluhang nagpapabuti sa pagiging maaasahan at pagganap.
Pangatlo, ipinapakilala nito ang isang ginintuang panahon ng personalized na pagpapasadya. Ito ay partikular na kapansin-pansin sa larangan ng medisina. Ang mga buto ng tao ay lubhang nag-iiba-iba, at ang mga nakaraang artipisyal na bone implant ay may mga takdang laki, na pinipilit ang mga doktor na tiisin ang mga ito habang isinasagawa ang operasyon. Ngayon, gamit ang datos ng CT scan mula sa isang pasyente, posible nang direktang mag-3D print ng isang porous alumina ceramic implant na perpektong tumutugma sa morpolohiya ng pasyente. Ang porous na istrukturang ito ay hindi lamang magaan kundi pinapayagan din ang mga selula ng buto na lumaki dito, na nakakamit ang tunay na "osseointegration" at ginagawang bahagi ng katawan ang implant. Ang ganitong uri ng customized na solusyon sa medisina ay hindi maisip noon.
Ika-3. Dumating na ang hinaharap, ngunit marami pang hamon.
Siyempre, hindi tayo maaaring basta-basta magsalita nang diretso. Ang paggamit ng alumina powder sa 3D printing ay parang isang lumalaking "prodigy," na may napakalaking potensyal ngunit mayroon ding ilang mga hamon para sa kabataan.
Mataas pa rin ang gastos: Likas na mahal ang high-purity spherical alumina powder na angkop para sa 3D printing. Idagdag pa riyan ang milyun-milyong dolyar na espesyalisadong kagamitan sa pag-imprenta at ang konsumo ng enerhiya sa kasunod na proseso ng sintering, at nananatiling mataas din ang gastos sa pag-imprenta ng isang bahagi ng alumina.
Mataas na hadlang sa proseso: Mula sa paghahanda ng slurry at pagtatakda ng parameter ng pag-print hanggang sa post-processing debinding at sintering curve control, ang bawat hakbang ay nangangailangan ng malalim na kadalubhasaan at teknikal na akumulasyon. Madaling lumitaw ang mga problema tulad ng pagbitak, deformation, at hindi pantay na pag-urong.
Pagkakapare-pareho ng pagganap: Ang pagtiyak ng pare-parehong mga pangunahing tagapagpahiwatig ng pagganap tulad ng lakas at densidad sa bawat batch ng mga naka-print na bahagi ay isang mahalagang balakid para sa malawakang aplikasyon.