Исследователи из Имперского колледжа Лондона работают над технологией 3D-печати металлами, основанной на гальванизации. По задумке инженеров, 3D-принтеры по технологии ECAM будут наращивать изделия ион за ионом без необходимости в дорогостоящем лазерном оборудовании или дефектов, возникающих в ходе термических процессов. Все новое – это хорошо забытое старое. В какой-то мере эта поговорка верна и в отношении аддитивных технологий. Дело в том, что многие из появляющихся в последнее время методик 3D-печати, особенно когда дело доходит до печати металлами и сплавами, основываются на давно известных процессах, но адаптированных в сторону аддитивного производства. Примеров тому множество: американская компания Aeroprobe и Институт сварки Эдисона (EWI) разрабатывают методику промышленной 3D-печати металлами на основе ротационной сварки трением, австралийские компании SPEE3D и Titomic продвигают технологию аддитивного производства методом холодного газодинамического напыления.
Французская компания BeAM и немецкий концерн DMG Mori вовсю реализуют 3D-принтеры по технологии прямого лазерного осаждения, а нидерландская компания MX3D печатает крупногабаритные конструкции с помощью адаптированной дуговой сварки.
Британская инженерная команда из Имперского колледжа Лондона в свою очередь намеревается переделать в технологию 3D-печати методику нанесения металлических покрытий путем электролиза, то есть гальванизацию. Как считают авторы, такой подход позволит значительно снизить капитальные затраты на оборудование и расходные материалы, а заодно свести на нет некоторые недостатки, ассоциируемые с самыми популярными технологиями 3D-печати металлами – спеканием и наплавлением порошков с помощью лазерных излучателей или электронных пучков.
Первый и наиболее очевидный недостаток таких технологий (DMLS, SLM, EBM, DLD) заключается в дороговизне аппаратуры из-за использования высокоточных и мощных лазеров или электронных пушек со сложными системами позиционирования. Конструкция 3D-принтеров дополнительно усложняется необходимостью поддержания инертной газовой или даже вакуумной среды. При этом рабочие камеры приходится прогревать ради снижения нагрузки на излучатели, повышения скорости печати и предотвращения дефектов из-за неравномерной усадки.
С другой стороны, технология ECAM («Electrochemical Additive Manufacturing» или «Электрохимическое аддитивное производство») позволит использовать в качестве расходных материалов концентрированные электролиты. Наносить материал планируется с помощью своеобразных струйных головок: между соплом и токопроводящим субстратом формируется жидкий мостик, после чего подается напряжение и происходит осаждение ионов на субстрат. Затем головка перемещается на другую позицию, а процесс повторяется.
Для повышения производительности, а также печати различными металлами в пределах одного рабочего цикла можно использовать целые массивы печатающих головок. В качество опытного аппарата исследователи использовали недорогой настольный FDM-принтер Geeetech Me Creator, оснащенный специальной шприцевой головкой. Аналогичные опыты проводил в 2015 году аргентинский инженер Гастон Аккарди (см. видео в конце статьи), однако получить поддержку инвесторов для коммерческого развития ему пока так и не удалось.
Помимо относительной простоты процесса есть еще несколько интересных моментов. Во-первых, не требуется нагревание, а потому исключается возможность формирования горячих трещин. Во-вторых, процесс может быть как аддитивным, так и субтрактивным. Другими словами, если изменить полярность, материал будет переходить с субстрата обратно в раствор.
Наконец, процесс достаточно безопасен и не требует использования инертных газов, как в случае с порошковыми системами. Как поясняет один из авторов исследования, Билл Ву, главный вопрос заключается в том, удастся ли добиться приемлемой производительности таких систем. Доклад под названием «A Low Cost Desktop Electrochemical Metal 3D Printer» можно скачать здесь.
