Hefurðu tekið eftir því hversu vinsælt þrívíddarprentun er að verða? Fyrir nokkrum árum var hægt að búa til lítil plastleikföng og hugmyndalíkön með því að prenta hús, tennur og jafnvel líffæri manna! Þróun þess er eins og eldflaug.
En þrátt fyrir vinsældir sínar, ef þrívíddarprentun vill virkilega taka forystuna í iðnaðarframleiðslu, getur hún ekki treyst eingöngu á „mjúkar persimmon-tré“ eins og plast og plastefni. Það er fínt til að búa til sýnihluti, en þegar kemur að því að framleiða háhitahluta sem þola öfgafullt umhverfi, eða nákvæmnitæki með miklum styrk og slitþol, verða mörg efni strax óhentug.
Þetta er þar sem aðalpersóna greinarinnar í dag kemur inn í myndina—áloxíðduft, almennt þekkt sem „korund“. Þetta efni er ekki auðvelt að slíta, það hefur í eðli sínu sterka eiginleika: mikla hörku, tæringarþol, háhitaþol og framúrskarandi einangrun. Í hefðbundnum iðnaði er það þegar orðið reynslumikið efni í eldföstum efnum, slípiefnum, keramik og öðrum sviðum.
Spurningin er því, hvers konar neistar munu kvikna þegar hefðbundið, „sterkt“ efni mætir nýjustu tækni í „stafrænni, greindri framleiðslu“? Svarið er: hljóðlát efnisbylting er í gangi.
Ⅰ. Af hverju áloxíð? Af hverju brýtur það mótið?
Við skulum fyrst ræða hvers vegna þrívíddarprentun hefur ekki áður verið vinsæl í keramikefnum. Hugsið um það: plast- eða málmduft er tiltölulega auðvelt að stjórna þegar það er sintrað eða pressað með leysigeislum. En keramikduft er brothætt og erfitt að bræða. Lasergeislar sem sinta það og síðan móta það hafa mjög þröngt ferli, sem gerir það viðkvæmt fyrir sprungum og aflögun, sem leiðir til ótrúlega lágrar afkasta.
Hvernig leysir áloxíð þetta vandamál? Það byggir ekki á ofbeldi heldur frekar á „hugviti“.
Kjarninn í byltingunni liggur í samhæfðri þróun þrívíddarprentunartækni og efnisformúla. Núverandi almennar tækni, svo sem bindiefnisþrýstikerfi og stereólitografía, notar „kúrfuaðferð“.
Bindiefnisþrýstingur: Þetta er nokkuð snjöll aðferð. Ólíkt hefðbundnum aðferðum við að bræða áloxíðduft beint með leysi, þá ber þessi aðferð fyrst á þunnt lag af áloxíðdufti. Síðan, eins og nákvæmur bleksprautuprentari, úðar prenthöfuðið sérstöku „lími“ á viðkomandi svæði og bindur duftið saman. Þessi lag-fyrir-lag-þrýstingur á duft og lím gefur að lokum bráðabirgða, mótaðan „grænan hlut“. Þessi græni hlutur er ekki ennþá fastur, svo, eins og keramik, gengst hann undir loka „eldskírn“ í háhitaofni - sintrun. Aðeins eftir sintrun festast agnirnar virkilega saman og ná vélrænum eiginleikum sem nálgast þá sem hefðbundið keramik hefur.
Þetta kemur snjallt í veg fyrir áskoranirnar sem fylgja því að bræða keramik beint. Það er eins og að móta hlutinn fyrst með þrívíddarprentun og síðan gefa honum sál og styrk með hefðbundnum aðferðum.
II. Hvar birtist þessi „bylting“ í raun og veru? Tal án aðgerða er bara innantómt tal.
Ef þú kallar þetta byltingarkennda þróun, þá verður að vera einhver raunveruleg færni, ekki satt? Reyndar er þróun áloxíðdufts í þrívíddarprentun ekki bara „frá grunni“ heldur sannarlega „frá góðu í framúrskarandi“ og leysir mörg áður óleysanleg vandamál.
Í fyrsta lagi útrýmir það hugmyndinni um „flækjustig“ sem samheiti við „dýrleika“. Hefðbundið byggir vinnsla á áloxíðkeramik, svo sem stútum eða varmaskiptarum með flóknum innri flæðisrásum, á mótmótun eða vélrænni vinnslu, sem er kostnaðarsamt, tímafrekt og gerir sumar mannvirki ómögulegar að búa til. En nú gerir þrívíddarprentun kleift að búa til hvaða flókna mannvirki sem er beint og „mótlaust“. Ímyndaðu þér áloxíðkeramikíhlut með innri lífhermandi hunangsseimabyggingu, ótrúlega léttan en samt afar sterkan. Í geimferðaiðnaðinum er þetta sannkallað „töfravopn“ til að draga úr þyngd og bæta afköst.
Í öðru lagi nær það „fullkominni samþættingu virkni og forms.“ Sumir hlutar þurfa bæði flókna rúmfræði og sérhæfða virkni eins og háhitaþol, slitþol og einangrun. Til dæmis verða keramiktengiarmar sem notaðir eru í hálfleiðaraiðnaðinum að vera léttvægir, færir um hraða hreyfingu og algerlega andstæðingur-stöðurafmagn og slitþolnir. Það sem áður krafðist þess að margir hlutar væru settir saman er nú hægt að þrívíddarprenta beint úr áloxíði sem einn, samþættan íhlut, sem bætir verulega áreiðanleika og afköst.
Í þriðja lagi markar þetta upphaf gullaldar sérsniðinnar aðlögunar. Þetta er sérstaklega áberandi á læknisfræðilegu sviði. Mannsbein eru mjög mismunandi og fyrri gervibeinígræðslur höfðu fastar stærðir, sem neyddi lækna til að láta þau duga meðan á skurðaðgerðum stóð. Nú, með því að nota tölvusneiðmyndagögn frá sjúklingi, er mögulegt að þrívíddarprenta beint ígræðslu úr gegndræpu áloxíðkeramik sem passar fullkomlega við lögun sjúklingsins. Þessi gegndræpa uppbygging er ekki aðeins létt heldur gerir einnig beinfrumum kleift að vaxa inn í hana, sem nær fram raunverulegri „beinsamþættingu“ og gerir ígræðsluna að hluta af líkamanum. Þessi tegund af sérsniðinni læknisfræðilegri lausn var áður óhugsandi.
Ⅲ. Framtíðin er komin, en áskoranirnar eru margar.
Auðvitað getum við ekki bara talað eins og það á að vera. Notkun áloxíðdufts í þrívíddarprentun er enn eins og vaxandi „undurbarn“, með gríðarlega möguleika en einnig nokkrar áskoranir fyrir unglingsárin.
Kostnaðurinn er enn hár: Háhreint kúlulaga áloxíðduft sem hentar til þrívíddarprentunar er í eðli sínu dýrt. Bætið við það sérhæfðum prentbúnaði sem kostar milljónir dollara og orkunotkun síðari sintrunarferlisins, og kostnaðurinn við að prenta áloxíðhluta er enn hár.
Miklar hindranir í ferlinu: Frá undirbúningi áburðar og stillingu prentunarbreyta til eftirvinnslu á afbindingu og stjórnun á sintrunarferli, krefst hvert skref mikillar sérfræðiþekkingar og tæknilegrar uppbyggingar. Vandamál eins og sprungur, aflögun og ójöfn rýrnun geta auðveldlega komið upp.
Samræmi í afköstum: Að tryggja samræmda lykilafkastavísa eins og styrk og þéttleika í hverri lotu prentaðra hluta er mikilvæg hindrun fyrir stórfelldar notkunarmöguleika.