Druk 3D od lat stanowi obiecującą technologię przyszłości, jednak w przypadku produkcji metalowych części, zwłaszcza z takich materiałów jak miedź i wolfram, pojawiają się istotne wyzwania technologiczne. Problemem jest ogromna ilość energii traconej na skutek odbicia światła laserowego przez błyszczące, sproszkowane powierzchnie materiałów, co skutecznie obniża efektywność procesu. Ostatnie badania prowadzone przez zespół naukowców z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), we współpracy z Uniwersytetem Stanforda oraz Uniwersytetem Pensylwanii, mogą stanowić przełom w tej dziedzinie.
Chropowacenie powierzchni: nowa technika oszczędzająca energię
Klucz do sukcesu tkwi w zastosowaniu nowatorskiej techniki mokrego trawienia chemicznego, która zmienia strukturę powierzchni proszków metalowych, zwiększając ich zdolność do pochłaniania energii. Proces ten, jak wyjaśniają naukowcy, polega na wprowadzeniu mikroskopijnych rowków i innych nierówności na powierzchni cząstek metalu. Występują one w skali nanometrów, co pozwala zwiększyć absorpcję światła laserowego aż o 70%.
Philip DePond, badacz z LLNL, podkreśla, że dotychczas duża część energii w druku 3D była marnowana. “Energia laserowa odbijała się od błyszczących powierzchni proszków metalicznych, takich jak miedź czy wolfram, co powodowało utratę potencjału do podgrzania i stapiania cząstek” – wyjaśnia. Nowa technika znacząco ogranicza to zjawisko, poprawiając wydajność energetyczną procesu.
Drukowanie z miedzi: techniczne wyzwania i innowacje
Jednym z największych wyzwań w druku 3D metali jest przetwarzanie materiałów takich jak czysta miedź, której wysoka przewodność cieplna i elektryczna sprawiają, że jest niezwykle pożądana w wielu branżach. Jednak ze względu na swoją odblaskową naturę, miedź sprawia duże trudności w procesach druku addytywnego, szczególnie przy użyciu konwencjonalnych maszyn laserowych. Jak zauważa DePond, obecnie nie ma dostępnych na rynku technologii umożliwiających efektywny druk wysokiej jakości komponentów miedzianych.
Rozwiązanie proponowane przez naukowców z LLNL nie zmienia czystości ani właściwości fizycznych miedzi, takich jak przewodność, ale modyfikuje powierzchnię materiału, co pozwala na zwiększenie absorpcji energii laserowej. Technika ta ma potencjał, aby wyeliminować potrzebę stosowania drogich, specjalistycznych maszyn do obróbki materiałów odblaskowych.
Przełom dla kosztów produkcji
Jednym z istotnych problemów, z którym boryka się przemysł druku 3D metali, są wysokie koszty. Aby radzić sobie z problemem odbijania energii, niektórzy producenci zaprojektowali specjalne maszyny przeznaczone do obróbki takich materiałów jak miedź czy wolfram. Jednak, jak zauważa DePond, te urządzenia są prawie dwa razy droższe od konwencjonalnych systemów drukujących, co stanowi poważną barierę wejścia dla firm z sektora.
Nowa technika trawienia chemicznego jest relatywnie prosta, a jednocześnie bardzo skuteczna, co może pozwolić na stosowanie jej w istniejących maszynach laserowych bez konieczności ponoszenia dodatkowych kosztów związanych z zakupem specjalistycznych urządzeń. Dzięki temu bariera finansowa związana z drukiem zaawansowanych części metalowych, w tym z materiałów odblaskowych, może zostać znacząco obniżona.
Perspektywy dla przyszłości druku 3D
Odkrycia zespołu z LLNL mogą w istotny sposób wpłynąć na rozwój druku 3D metali, otwierając nowe możliwości dla branż, które do tej pory nie mogły w pełni wykorzystać potencjału tej technologii. Szczególnie istotne mogą być zmiany w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, a także w sektorze elektronicznym, gdzie miedź i wolfram są szeroko stosowane ze względu na swoje unikalne właściwości.
Wprowadzenie metody trawienia chemicznego do druku addytywnego to krok w kierunku bardziej zrównoważonej produkcji, redukcji marnotrawstwa energii oraz obniżenia kosztów, co sprawia, że druk 3D staje się bardziej dostępny i efektywny.
