Subskrybuj nas na Youtube
Z drukiem 3D duże nadzieje wiąże przemysł. Ale dotychczas na drodze niektórym zastosowaniom tej technologii stała niewielka wytrzymałość atramentów. To się może zmienić dzięki naukowcom z Krakowa
W przypadku druku trójwymiarowego funkcję tuszu pełnią zazwyczaj tworzywa sztuczne. To wystarczy na potrzeby amatorów oraz do niektórych zastosowań profesjonalnych, jednak w hardcore’owych warunkach już się nie sprawdzi. Jak np. tam, gdzie tusz musi wejść w kontakt z ciekłym metalem o temperaturze grubo ponad tysiąca stopni Celsjusza. Czyli w odlewnictwie.
A to właśnie ta branża wiąże z drukiem 3D największe nadzieje. Dlaczego? Bo technologia ta pozwala na wykonywanie szczegółowych modeli. A technika ich tworzenia jest tak samo ważna (jeśli nie ważniejsza) dla odlewników jak wiedza o właściwościach stopów. W końcu te wszystkie odlane metalowe elementy musiały dzięki czemuś zyskać swój kształt – i tym czymś są właśnie modele.
Problem polega na tym, że niewiele materiałów wytrzyma kontakt z ciekłym, gorącym do białości metalem. Stąd poszukiwania takich, które nie tylko zniosą tak ekstremalne warunki, ale też da się nimi drukować, czyli nakładać warstwa po warstwie jak w drukarce. O tym, że cały proces musi być opłacalny ekonomicznie, chyba nie trzeba wspominać. – To Święty Graal branży. Pracują nad tym setki firm i laboratoriów na całym świecie – tłumaczy mgr inż. Andrzej Gil z Instytutu Odlewnictwa w Krakowie.
Aby jednak lepiej zrozumieć perspektywy, jakie przed odlewnictwem otwiera druk 3D, pochylmy się nad tym, jak ta dziedzina wygląda dzisiaj.
Kluczowym elementem sztuki odlewniczej jest to, w jaki sposób nadamy ciekłemu metalowi docelowy kształt. Zanim więc zaczniemy palić w piecu, trzeba stworzyć model przedmiotu, jaki chcemy uzyskać. Ten model następnie obkładamy warstwą innego materiału tak, żeby odcisnął się w jego wnętrzu. W ten sposób powstaje forma. – W tym wypadku model jest jak pozytyw, a forma jak negatyw – mówi prof. Jerzy Józef Sobczak.
Tak powstałą całość podgrzewa się, aby materiał, z którego wykonany jest model, wytopić, a jednocześnie utwardzić formę. To dlatego model często wykonany jest z wosku, zaś do form używa się materiałów ceramicznych. Te ostatnie odlewnicy cenią za to, że łatwo się z nimi pracuje, zaś po wypaleniu są w stanie wytrzymać kontakt z ciekłym metalem. Po wykonaniu odlewu formę najczęściej się rozbija.
Cały proces jest więc dwuetapowy; druk 3D niesie nadzieję na zredukowanie go do jednego etapu. To znaczne uproszczenie procesu, ale też oszczędność czasowa; jak mówią inżynierowie z Instytutu Odlewnictwa, niektóre modele powstają nawet kilka tygodni. – A czasem jest to po prostu niemożliwe. Są takie kształty, których nie wykona nawet najzdolniejszy modelarz – tłumaczy dr inż. Zdzisław Żółkiewicz.
/>
Odlewnicy łapczywie patrzą więc na druk 3D, bo otwiera przed nimi drogę do tworzenia kształtów, na które nie pozwalają im obecne metody. Do tego dochodzą inne ułatwienia, jak projektowanie w formach drobnych kanalików, dzięki którym ze stygnącego odlewu mogą uciekać gazy (jeśli nie zapewni się im ujścia, zgromadzą się gdzieś w odlewie, pogarszając jego właściwości mechaniczne).
Dlatego wyścig o odpowiedni atrament to wyścig o naprawdę wysoką stawkę – ni mniej, ni więcej, tylko jak o przyszłość całej branży. A wiadomo, kto prześcignie peleton, ten ma szansę na pionierską rentę. – Odpowiednie mieszanki istnieją już teraz, ale są bardzo drogie – tłumaczy mgr Gil.
Z drugiej strony wymyślić tani tusz też nie jest prosto. Inżynierowie mówią, że jedyna metoda to metoda prób i błędów wsparta wiedzą z zakresu chemii budowlanej. Zdarza się i tak, że pewne dodatki polepszają jedną właściwość tuszu, ale pogarszają inną. A tu wszystkie parametry muszą być pierwsza klasa. – Nie każda ceramika się do tego nadaje. Tutaj coś się nie sklei, tutaj powstanie pęcherz gazowy. A to musi wytrzymać szok związany z wpłynięciem metalu do formy, a następnie wytrzymać nawet kilka godzin stygnięcia z takich temperatur, gdzie wszystko reaguje ze wszystkim – mówi mgr inż. Krzysztof Nosal z Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych.
Naukowcy z IOd i ICiMB są przekonani, że są już blisko rozwikłania zagadki. Na razie udało im się stworzyć materiał (oczywiście skład jest tajny; wiadomo, że to mieszanka ceramiczna, spoiwo organiczne i dodatki modyfikujące), który sprawdza się w przypadku modeli, ale jeszcze nie spełnia wyśrubowanych wymagań dla form. – Na wrześniowym światowym kongresie odlewnictwa powinniśmy już jednak móc coś zaprezentować – śmieje się prof. Sobczak.
