3D басып шығарудың қалай танымал болып келе жатқанын байқадыңыз ба? Бірнеше жыл бұрын кішкентай пластикалық ойыншықтар мен концептуалды модельдер жасағаннан бері, ол қазір үйлерді, тістерді және тіпті адам мүшелерін басып шығара алады! Оның дамуы зымыран сияқты.
Бірақ танымалдығына қарамастан, егер 3D басып шығару шынымен де өнеркәсіптік өндірісте көшбасшылықты қолға алғысы келсе, ол тек пластмасса мен шайыр сияқты «жұмсақ құрмаға» ғана сене алмайды. Ол демонстрациялық бұйымдар жасау үшін жақсы, бірақ экстремалды ортаға төтеп бере алатын жоғары температуралы бөлшектерді немесе жоғары беріктікке, тозуға төзімді дәлдіктегі құрылғыларды жасауға келгенде, көптеген материалдар бірден жарамсыз болып қалады.
Бүгінгі мақаламыздың басты кейіпкері осы жерде...глинозем ұнтағы, әдетте «корунд» деп аталады. Бұл материал ысырапшыл емес, өзіндік берік қасиеттеріне ие: жоғары қаттылық, коррозияға төзімділік, жоғары температураға төзімділік және тамаша оқшаулау. Дәстүрлі салаларда ол отқа төзімді материалдар, абразивтер, керамика және басқа да салаларда танымал.
Сонымен, сұрақ туындайды, дәстүрлі, «берік» материал заманауи «сандық интеллектуалды өндіріс» технологиясымен кездескенде қандай ұшқындар пайда болады? Жауабы: тыныш материалдар революциясы жүріп жатыр.
Ⅰ. Неліктен глинозем? Неліктен ол қалыптарды бұзып жатыр?
Алдымен 3D басып шығарудың неге бұрын керамикалық материалдарды артық көрмегенін талқылайық. Ойлап көріңізші: пластик немесе металл ұнтақтарын лазерлерді пайдаланып пісіргенде немесе экструзиялағанда басқару салыстырмалы түрде оңай. Бірақ керамикалық ұнтақтар сынғыш және балқуы қиын. Лазерлерді пісіру және содан кейін қалыптастыру процесі өте тар, бұл оларды жарылуға және деформацияға бейім етеді, бұл өнімділіктің төмендеуіне әкеледі.
Алюминий оксиді бұл мәселені қалай шешеді? Ол күшке емес, «тапқырлыққа» сүйенеді.
Негізгі жетістік 3D басып шығару технологиясы мен материал формулаларының үйлесімді эволюциясында жатыр. Байланыстырғыш ағынды ағын және стереолитография сияқты қазіргі негізгі технологиялар «қисық тәсілді» қолданады.
Байланыстырғышты ағынмен өңдеу: Бұл өте ақылды қадам. Алюминий оксиді ұнтағын лазермен тікелей балқытудың дәстүрлі әдістерінен айырмашылығы, бұл әдіс алдымен алюминий оксиді ұнтағының жұқа қабатын жағады. Содан кейін, дәл сия бүріккіш принтер сияқты, баспа басы қажетті аймаққа арнайы «желімді» шашып, ұнтақты біріктіреді. Ұнтақ пен желімді қабат-қабат жағу нәтижесінде алдын ала пішінделген «жасыл дене» пайда болады. Бұл жасыл дене әлі қатты емес, сондықтан керамика сияқты, ол жоғары температуралы пеште соңғы «отқа шомылудан» өтеді - күйдіру. Тек күйдіруден кейін ғана бөлшектер бір-біріне тығыз байланысып, дәстүрлі керамикаға жақын механикалық қасиеттерге жетеді.
Бұл керамиканы тікелей балқыту қиындықтарын ақылды түрде айналып өтеді. Бұл алдымен бөлшекті 3D басып шығару арқылы пішіндеумен, содан кейін дәстүрлі әдістерді қолдана отырып, оған жан мен күш берумен бірдей.
II. Бұл «серпіліс» шынымен қайдан көрінеді? Іс-әрекетсіз сөз – бос сөз.
Егер сіз мұны серпіліс деп атасаңыз, онда нақты шеберлік болуы керек, солай ма? Шынында да, 3D басып шығаруда алюминий оксиді ұнтағын қолданудың дамуы жай ғана «нөлден бастап» емес, шын мәнінде «жақсыдан тамашаға» қарай, бұрын шешілмеген көптеген мәселелерді шешеді.
Біріншіден, бұл «күрделілік» ұғымын «қымбат» дегенмен синоним ретінде жояды. Дәстүрлі түрде, күрделі ішкі ағын арналары бар форсункалар немесе жылу алмастырғыштар сияқты алюминий оксиді керамикасын өңдеу қалыптау немесе өңдеуге негізделген, бұл қымбатқа түседі, уақытты қажет етеді және кейбір құрылымдарды жасау мүмкін емес етеді. Бірақ қазір 3D басып шығару сіз жобалай алатын кез келген күрделі құрылымды тікелей, «қалыпсыз» жасауға мүмкіндік береді. Ішкі биомиметикалық ұя тәрізді құрылымы бар, өте жеңіл, бірақ өте берік алюминий оксиді керамикалық компонентін елестетіп көріңіз. Аэроғарыш саласында бұл салмақты азайту және өнімділікті жақсарту үшін нағыз «сиқырлы қару».
Екіншіден, ол «функция мен пішіннің мінсіз интеграциясына» қол жеткізеді. Кейбір бөлшектер күрделі геометрияларды да, жоғары температураға төзімділік, тозуға төзімділік және оқшаулау сияқты мамандандырылған функцияларды да қажет етеді. Мысалы, жартылай өткізгіш өнеркәсібінде қолданылатын керамикалық байланыстырушы иінтіректері жеңіл, жоғары жылдамдықта қозғала алатын және мүлдем антистатикалық және тозуға төзімді болуы керек. Бұрын бірнеше бөлшектерді жинауды қажет ететін нәрсені енді алюминий оксидінен бірыңғай, интеграцияланған компонент ретінде тікелей 3D басып шығаруға болады, бұл сенімділік пен өнімділікті айтарлықтай жақсартады.
Үшіншіден, бұл жекелендірілген теңшеудің алтын ғасырын бастайды. Бұл әсіресе медицина саласында таңқаларлық. Адам сүйектері әртүрлі болатын, ал бұрынғы жасанды сүйек имплантаттарының өлшемдері белгіленген болатын, бұл дәрігерлерді операция кезінде олармен шектелуге мәжбүр етті. Енді пациенттің компьютерлік томографиясының деректерін пайдаланып, пациенттің морфологиясына толық сәйкес келетін кеуекті алюминий оксиді керамикалық имплантты тікелей 3D басып шығаруға болады. Бұл кеуекті құрылым тек жеңіл ғана емес, сонымен қатар сүйек жасушаларының оған өсуіне мүмкіндік береді, шынайы «остеоинтеграцияға» қол жеткізеді және имплантты дененің бір бөлігіне айналдырады. Мұндай жекелендірілген медициналық шешім бұрын елестету мүмкін емес еді.
Ⅲ. Болашақ келді, бірақ қиындықтар да көп.
Әрине, біз жай ғана әңгіме айта алмаймыз. 3D басып шығаруда глинозем ұнтағын қолдану әлі де үлкен әлеуетке ие, бірақ жасөспірімдік қиындықтармен қатар өсіп келе жатқан «вундер» сияқты.
Құны жоғары болып қала береді: 3D басып шығаруға жарамды жоғары тазалықтағы сфералық алюминий оксиді ұнтағы өте қымбат. Оған көп миллион долларлық мамандандырылған басып шығару жабдықтарын және кейінгі күйдіру процесінің энергия тұтынуын қосқанда, алюминий оксиді бөлшегін басып шығару құны жоғары болып қала береді.
Жоғары технологиялық кедергілер: Шламды дайындау және басып шығару параметрлерін орнатудан бастап, өңдеуден кейінгі ажырату және күйдіру қисығын басқаруға дейін әрбір қадам терең білім мен техникалық жинақтауды қажет етеді. Жарылу, деформация және біркелкі емес кішірею сияқты мәселелер оңай туындауы мүмкін.
Өнімділіктің тұрақтылығы: Басылған бөлшектердің әрбір партиясы бойынша беріктік пен тығыздық сияқты негізгі өнімділік көрсеткіштерінің тұрақтылығын қамтамасыз ету ірі көлемді қолданбалар үшін маңызды кедергі болып табылады.