הסר תומכי מתכת להדפסת תלת מימד

למרות שתעשיית הדפסת התלת מימד המתכת הנוכחית מתפתחת מהר מאוד, עדיין ישנן בעיות רבות שצריך לפתור, אחת מהן היא הסרת מבני תמיכה. ניתן להשיג זאת על ידי עיבוד שבבי או שימוש בחומרים מסיסים. שיטות העיבוד הן מסורבלות ועלולות לגרום נזק להדפסה. לסוגי החומרים המסיסים יש מגבלות, בדרך כלל מתאים לחומרים פלסטיים בלבד, לתומכי מתכת, שיטה זו לא תעבוד

סקירה כללית של הסרה אלקטרוכימית של תומכי מתכת

חוקרים מאוניברסיטת אריזונה סטייט (ASU) הציעו שיטה אלקטרוכימית להסרת תומכי מתכת, ושיטה זו יושמה לפטנט זר. העיקרון מוצג באיור הבא:

הסרה אלקטרוכימית של תומכי מתכת

ישות החלק הנדרשת למעשה בחלק האפור באיור, על מנת להבטיח הדפסה מוצלחת, לרוב יש צורך להוסיף תמיכה לחלק הישות, שהוא החלק השחור באיור. ההסרה האלקטרוכימית של התמיכה חיונית ל"שיטת ההגנה הקתודית של האנודה להקרבה". בדרך כלל משתמשים בשיטה זו למניעת קורוזיה של מתכת, כלומר המתכת בעלת יכולת הפחתה חזקה משמשת כאלקטרודת הגנה, והיא מחוברת למתכת המוגנת ליצירת סוללה ראשונית, בעלת יכולת הפחתה חזקה. המתכת תצורך בתגובת חמצון כאלקטרודה השלילית, והמתכת המוגנת תשמש כאלקטרודה החיובית כדי למנוע קורוזיה. בין אם מדובר בשתי מתכות המגיעות באותו אלקטרוליט או בחומר בחלקים שונים של האלקטרוליט (כגון החלק של הגוף שמעל ומתחת למים). לחומר שעובר אנודיזציה יש פוטנציאל הפחתה שלילי יותר, אשר מתחמצן בעדיפות לחומר החלק. חומר התמיכה שווה ערך לחומר האנודה עם יכולת הפחתה חזקה ומוסר.

הפתרון הראשון לתמיכת מתכת אלקטרוכימית

החוקרים הדפיסו בתלת מימד את חומר החלק הוא פלדת אל חלד 304, וחומר התמיכה בו נעשה שימוש הוא פלדת פחמן. העיקרון הספציפי הוא להסיר את תמיכת פלדת הפחמן באמצעות טכנולוגיית תחריט אלקטרוכימית באמצעות חומצה חנקתית וחמצן. שיטה זו הוכחה כיעילה, וחשוב מכך, אין לה כל השפעה על הדפסי נירוסטה. האיור שלהלן מראה שהחוקרים יצרו גשר נירוסטה תוך שימוש בפלדת פחמן כתמיכה, ולאחר מכן הסירו את פלדת הפחמן באופן אלקטרוכימי (41 אחוזי משקל של תמיסת חומצה חנקתית וחמצן). בתחילה, החוקרים לא השתמשו בחמצן, והם גילו שקצב הקורוזיה היה איטי מדי במקרה זה, והסיר את פלדת הפחמן בגודל 1.4 מ"מ תוך 10 שעות. מאוחר יותר, הם הכניסו חמצן כדי להאיץ את התגובה, ולקח רק 6 שעות להסיר לחלוטין את 7 המ"מ שנותרו של פלדת פחמן.

הסרת תומכי מתכת על ידי תחריט אלקטרוכימי אפשרי באופן עקרוני (הוכח בניסויים), אך יש מעט מאוד מחקר על טכנולוגיה זו בבית ומחוצה לה, ואין יישום תעשייתי בוגר כיום, בעיקר בהיבטים הבאים של הבעיה:

●חומר האנודה הקורבן חייב להיות תואם מבחינה מתכתית לחומר ההדפסה, כלומר חייב להיות בעל מבנה גבישי דומה, מוליכות תרמית ומקדם התפשטות תרמית, ואסור לו ליצור תרכובות בין-מתכתיות מזיקות. זה מבטיח שלמגע בין האנודת הקורבן לחלק המודפס יש חוזק מכני מספיק כדי לעמוד בלחצים הנגרמים על ידי מחזוריות תרמית קיצונית במהלך הדפסת תלת מימד מתכת.

●A highly corrosive electrolyte must be used. This electrolyte must be able to dissolve the sacrificial anode with high selectivity (>100:1) לעומת החומר המודפס.

●התהליך צריך להיות ניתן לשליטה, וקשה להבטיח דיוק. קשה לשלוט על קצב התגובה הכימית והזמן, ולעיתים גם חומר ההדפסה מוסר בכמות קטנה או שחומר התמיכה אינו מוסר לחלוטין.